Об утверждении справочника по наилучшим доступным техникам "Производство алюминия"

Новый

Постановление Правительства Республики Казахстан от 27 декабря 2023 года № 1200

      В соответствии с пунктом 6 статьи 113 Экологического кодекса Республики Казахстан Правительство Республики Казахстан ПОСТАНОВЛЯЕТ:

      Утвердить прилагаемый справочник по наилучшим доступным техникам "Производство алюминия".

      2. Настоящее постановление вводится в действие со дня его подписания.

      Премьер-Министр
Республики Казахстан
А. Смаилов

  Утвержден
постановлением Правительства
Республики Казахстан
от 27 декабря 2023 года № 1200

Справочник
по наилучшим доступным техникам
"Производство алюминия"

Оглавление

      Оглавление

      Список рисунков

      Список таблиц

      Глоссарий

      Предисловие

      Область применения

      Принципы применения

      1. Общая информация

      1.1. История развития алюминиевой промышленности

      1.2. Общая информация о рассматриваемой отрасли промышленности

      1.2.1. Бокситовое рудоуправление

      1.2.2. Глиноземное производство

      1.2.3. Производство первичного алюминия

      1.3. Характеристика сырья, основных и вспомогательных материалов, используемых при производстве алюминия

      1.4. Производственные мощности алюминиевой отрасли Казахстана

      1.5. Энергоэффективность

      1.5.1. Показатели использования энергии в производстве алюминия

      1.6. Основные экологические проблемы

      1.6.1. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух

      1.6.2. Сбросы загрязняющих веществ в водные объекты

      1.6.3. Образование и управление отходами производства

      1.6.4. Шум и вибрация

      1.6.5. Воздействие на земельные ресурсы и почвенный покров

      1.6.6. Воздействие на флору и фауну

      1.6.7. Воздействие при ликвидации и рекультивации

      1.6.8. Запах

      1.7. Снижение воздействия на окружающую среду

      2. Методология определения наилучших доступных техник

      2.1. Детерминация, принципы подбора НДТ

      2.2. Критерии отнесения техник к НДТ

      2.3. Экономические аспекты внедрения НДТ

      2.3.1. Подходы к экономической оценке НДТ

      2.3.2. Способы экономической оценки НДТ

      2.3.3. Платежи и штрафы за негативное воздействие на окружающую среду

      2.3.4. Расчет на установке

      3. Применяемые процессы: технологические, технические решения, используемые в настоящее время

      3.1. Процессы производства алюминия

      3.1.1. Технологический процесс добычи бокситов

      3.1.2. Технологический процесс производства глинозема

      3.1.3. Технологический процесс производства первичного алюминия

      3.2. Добыча бокситов

      3.2.1. Открытая добыча бокситовой руды

      3.2.2. Текущие уровни эмиссий в окружающую среду

      3.3. Производство глинозема

      3.3.1. Прием сырья и передача в процесс

      3.3.2. "Байеровская" ветвь последовательной схемы получения из боксита товарного глинозема

      3.3.3. Переработка красного шлама ветви Байера с получением алюминатного раствора

      3.3.4. Текущие уровни эмиссий в окружающую среду

      3.4. Производство первичного алюминия

      3.4.1. Электролизное производство

      3.4.2. Основное оборудование серии электролиза алюминия

      3.4.3. Литейное производство

      3.4.4. Текущие уровни эмиссий в окружающую среду

      3.5. Производство обожженных анодов

      3.5.1. Смесильно-прессовый процесс

      3.5.2. Процесс обжига

      3.5.3. Анодно-монтажный процесс

      3.5.4. Текущие уровни эмиссий в окружающую среду

      3.6. Вспомогательные подразделения

      3.6.1. Энергетическое хозяйство

      3.6.2. Текущие уровни эмиссий в окружающую среду

      4. Общие наилучшие доступные техники для предотвращения и/или сокращения эмиссий и потребления ресурсов

      4.1. Ведение комплексного подхода к защите окружающей среды

      4.2. Внедрение систем экологического менеджмента

      4.3. Внедрение систем энергетического менеджмента

      4.4. Мониторинг эмиссий

      4.4.1. Мониторинг выбросов загрязняющих веществ в атмосферу

      4.4.2. Мониторинг сбросов загрязняющих веществ в водные объекты

      4.5. Проведение планово-предупредительного ремонта и технического обслуживания оборудования и техники

      4.6. Управление отходами

      4.6.1 Управление технологическими остатками

      4.7. Управление водными ресурсами

      4.7.1. Предотвращение образования сточных вод

      4.8 Физические воздействия

      5. Техники, которые рассматриваются при выборе наилучших доступных техник

      5.1. Общие НДТ при производстве алюминия

      5.2. Внедрение систем автоматизированного контроля и управления в технологическом процессе

      5.2.1. Автоматизированные системы управления горнотранспортным оборудованием в производстве алюминия

      5.2.2 Система автоматизации контроля и управления процессами обогащения в производстве алюминия

      5.2.3 Автоматизированные системы управления технологическим процессом (АСУТП)

      5.2.4. Техническое обслуживание

      5.3. НДТ в области энерго- и ресурсосбережения

      5.3.1. Применение частотно-регулируемых приводов для электродвигателей

      5.3.2. Применение электродвигателей с высоким классом энергоэффективности

      5.3.3. Применение энергосберегающих осветительных приборов

      5.3.4. Замена устаревших силовых трансформаторов на современные трансформаторы

      5.3.5. Применение современных теплоизоляционных материалов на высокотемпературном оборудовании

      5.3.6. Рекуперация тепла из теплоты отходящего процесса

      5.3.7. Полезное использование тепла отходящих газов после печей спекания

      5.4. НДТ, направленные на обеспечение стабильности производственного процесса

      5.4.1. Обеспечение стабильности процесса добычи руд

      5.4.2. Обеспечение стабильности процесса обогащения руд цветных металлов

      5.4.3. Методы очистки алюминатных растворов

      5.5. НДТ, направленные на снижение негативного воздействия на атмосферный воздух

      5.5.1. НДТ, направленные на предотвращение неорганизованных эмиссий в атмосферный воздух

      5.5.2. НДТ, направленные на предотвращение организованных эмиссий в атмосферный воздух

      5.5.3. Сокращение и (или) предотвращение выбросов азота и его соединений

      5.5.4. Сокращение и (или) предотвращение выбросов серы и ее соединений

      5.5.5. НДТ, направленные на сокращение и (или) предотвращение выбросов CO от организованных источников выбросов

      5.6. НДТ, направленные на предотвращение и снижение сбросов сточных вод

      5.6.1. Управление водным балансом при производстве алюминия (добыча бокситов)

      5.6.2. Снижение водоотлива карьерных и шахтных вод

      5.6.3. Управление поверхностным стоком территории наземной инфраструктуры

      5.6.4. Применение современных методов очистки сточных вод

      5.6.5. Механическая очистка

      5.6.6. Химические и физико-химические методы очистки

      5.6.7. Биологическая очистка

      5.7. НДТ, направленные на сокращение воздействия отходов процессов в производстве алюминия

      5.7.1. Использование отходов добычи и обогащения в качестве сырья или добавки к продукции во вторичном производстве и строительных материалов

      5.7.2. Использование отходов при заполнении выработанного пространства

      5.7.3. Использование отходов при ликвидации горных выработок

      5.7.4. Переработка отходов добычи и обогащения (вторичные минеральные ресурсы, техногенные месторождения) с целью извлечения основных и попутных ценных компонентов

      5.7.5. Методы переработки отходов производства алюминия

      6. Заключение, содержащее выводы по наилучшим доступным техникам

      6.1. Общие НДТ

      6.1.1. Система экологического менеджмента

      6.1.2. Управление энергопотреблением

      6.1.3. Управление процессами

      6.1.4. Мониторинг выбросов

      6.1.5. Мониторинг сбросов

      6.1.6. Шум

      6.1.7. Запах

      6.2. Снижение эмиссий загрязняющих веществ

      6.2.1. Снижение выбросов от неорганизованных источников

      6.2.2. Снижение выбросов от организованных источников

      6.3. Снижение сбросов сточных вод

      6.4. Управление отходами

      6.5. Требования по ремедиации

      7. Перспективные техники

      7.1. Перспективные направления в производстве алюминия

      7.1.1. Перспективные технологии добычи бокситовой руды, беспилотная техника

      7.1.2. Беспилотные тяговые агрегаты

      7.1.3. Автосамосвалы на альтернативных источниках энергии

      7.1.4. Автоматизированная система управления буровыми работами и зарядными машинами

      7.1.5. Применение систем высокоточного позиционирования ковша для забойных экскаваторов

      7.1.6. Применение беспилотных летательных аппаратов для производства маркшейдерских работ

      7.1.7. Высокопроизводительная проходка горных выработок

      7.1.8. Использование сплавов и износостойких материалов

      7.1.9. Автоматизированный аппаратный контроль состояния ствола, подъемных сосудов, канатов

      7.1.10. Интеллектуальный карьер

      7.1.11. Цифровизация управления процессами железнодорожной перевозки горной массы

      7.1.12. Использование присадок для дизельного топлива

      7.2. Перспективные направления в производстве глинозема

      7.2.1. Установка печей кальцинации циклонного типа

      7.2.2. Производство глинозема по способу спекания нефелинов

      7.2.3. Байер-гидрогранатовая технология переработки железистых бокситов

      7.2.4. Использования низкосортного технологического топлива в производстве глинозема

      7.3. Перспективные технологии при производстве первичного алюминия

      7.3.1. Инертные аноды

      7.3.2. Электролизеры с мощностью силы тока 400 и 500кА

      7.3.3. Снижения выбросов СО на электролизных ваннах путем нанесение специального защитного покрытия анода от окисления и выгорания анода в электролизере

      7.3.4. Автоматизированные литейные линии

      7.3.5. Технология электролиза ОА в электролизерах второго поколения (300 кА и выше)

      7.3.6. Мониторинг и контроль параметров процесса производства алюминия

      8. Дополнительные комментарии и рекомендации

      Библиография

Список рисунков

Рисунок 1.1

Выплавка первичного алюминия в мире, млн. т

Рисунок 1.2

Схема взаимодействия, а -карьера и б - подземного рудника (шахты) с окружающей средой

Рисунок 1.3

Основные источники и виды загрязнения атмосферы при производстве горных работ

Рисунок 1.4

Потоки вод в зоне дамбы хвостохранилища, где нет плотного основания

Рисунок 3.1

Технологические процессы и этапы добычи бокситов

Рисунок 3.2

Разработка карьера открытым способом

Рисунок 3.3

Буровые станки, используемые на карьерах

Рисунок 3.4

Схема производства глинозема с указанием эмиссий, образуемых в процессе производства глинозема

Рисунок 3.5

Процесс электролиза

Рисунок 4.1

Пример системы рециркуляции воды для охлаждения

Рисунок 5.1

Сравнение обычного электродвигателя с энергоэффективным

Рисунок 5.2

Стабилизация дисперсного состава гидрата

Рисунок 5.3

Движение воздушно–водяной смеси при мокром методе пылеподавлении

Рисунок 5.4

Схема движения воды при мокром бурении скважин и шпуров ручными перфораторами

Рисунок 5.5

Схема пылеулавливающей установки

Рисунок 5.6

Модель движения воздушно–пылевой смеси в укрытии при использовании полок

Рисунок 5.7

Генератор тумана, используемый для снижения пыли в забое

Рисунок 5.8

Воздухоочистительная установка, размещенная на сопряжении у устья выработки по ходу вентиляционной струи

Рисунок 5.9

Воздухоочистительная установка, размещенная в забое выработки

Рисунок 5.10

Использование ветровых экранов

Рисунок 5.11

Конструкция рукавного фильтра

Рисунок 5.12

Принцип работы циклона

Рисунок 5.13

Принцип работы электрофильтра

Рисунок 5.14

Структурная схема каталитического термического окислителя

Рисунок 5.15

Схема очистки газов по технологии "ABART"

Рисунок 5.16

Аппаратурно-технологическая схема очистки газов

Рисунок 5.17

Схематичное изображение системы СКВ

Рисунок 5.18

Схема установки медно-аммиачной очистки газов

Рисунок 5.19

Некаталитическое дожигание СО

Рисунок 5.20

Каталитическое дожигание СО

Рисунок 5.21

Принцип работы РТО

Рисунок 5.22

Конструкция РТО

Рисунок 5.23

Виды сточных вод

Рисунок 5.24

Методы механической очистки сточных вод

Рисунок 5.25

Химические и физико-химические методы очистки сточных вод

Рисунок 5.26

Классическая схема биологической очистки стоков

Рисунок 7.1

Мировой опыт внедрения беспилотных технологий

Рисунок 7.2

Аппаратурно-технологическая схема печи кальцинации циклонного типа

Рисунок 7.3

Анод и ниппеля с нанесенным покрытием

Список таблиц

Таблица 1.1

Список стран по выплавке первичного алюминия

Таблица 1.2

Полный список стран по экспорту алюминия

Таблица 1.3

Единый технологический процесс КБРУ

Таблица 1.4

Единый технологический процесс производство глинозема

Таблица 1.5

Технические сооружения АО "КЭЗ"

Таблица 1.6

Перечень предприятий алюминиевой промышленности Республики Казахстан

Таблица 1.7

Требования к химическому составу глинозема

Таблица 1.8

Требования к физическим свойствам глинозема

Таблица 1.9

Требования к химическому составу искусственного технического криолита

Таблица 1.10

Требования к химическому составу фтористого кальция

Таблица 1.11

Требования к химическому составу кальцинированной соды

Таблица 1.12

Химический состав анода

Таблица 1.13

Состав и качественные характеристики сырья, материалов и энергоресурсов

Таблица 1.14

Производственные мощности алюминиевой отрасли Казахстана

Таблица 1.15

Запасы бокситовых руд в Казахстане

Таблица 1.16

Производство промышленной продукции в производстве алюминия в натуральном выражении в Республике Казахстан за 2021 год

Таблица 1.17

Динамика добычи бокситов КБРУ, тыс. тонн

Таблица 1.18

Динамика производства глинозема, тонн/год

Таблица 1.19

Динамика производства АО "КЭЗ", тонн/год

Таблица 1.20

Удельные уровни потребления сырьевых материалов для основного единого технологического процесса на единицу производимой продукции предприятия А1/2

Таблица 1.21

Сравнение удельных показателей расхода энергоресурсов

Таблица 1.22

Удельные уровни потребления сырьевых материалов для основного единого технологического процесса на единицу производимой продукции предприятия А2

Таблица 1.23

Сравнение удельных показателей расхода и энергоресурсов

Таблица 1.24

Удельные уровни потребления сырьевых материалов для основного единого технологического процесса на единицу производимой продукции предприятия А3

Таблица 1.25

Удельный расход энергоресурсов

Таблица 1.26

Нормативы расхода электроэнергии на единицу продукции

Таблица 1.27

Сравнение фактического и нормативного расхода электроэнергии на единицу продукции

Таблица 1.28

Вещества, дающие наибольший вклад в выбросы А3

Таблица 1.29

Основные источники выбросов А3

Таблица 1.30

Показатели сброса сточных вод в пруд-испаритель в 2019 г

Таблица 1.31

Перечень отходов основных производственных процессов

Таблица 2.1

Ориентировочные справочные значения осуществимости инвестиций в охрану окружающей среды

Таблица 2.2

Ориентировочные справочные затраты на внедрение технологии из расчета на единицу массы загрязняющего вещества

Таблица 3.1

Технологические процессы и этапы добычи бокситов

Таблица 3.2

Технологические процессы и этапы производства глинозема

Таблица 3.3

Технологические процессы и этапы производства первичного алюминия

Таблица 3.4

Типы применяемого оборудования на карьерах по добыче бокситовой руды

Таблица 3.5

Общие сведения о типах применяемого оборудования на карьерах по добыче бокситовой руды

Таблица 3.6

Общие сведения о типах применяемого оборудования на карьерах по добыче бокситовой руды

Таблица 3.7

Выбросы пыли в атмосферный воздух (по данным КТА) при снятии ПСП

Таблица 3.8

Объемы выбросов пыли при проведении вскрышных работ

Таблица 3.9

Объемы выбросов пыли при проведении буровзрывных работ

Таблица 3.10

Текущие объемы потребления энергетических ресурсов

Таблица 3.11

Выбросы пыли в атмосферный воздух при производстве глинозема (по данным КТА)

Таблица 3.12

Выбросы NOx в атмосферный воздух при производстве глинозема (по данным КТА)

Таблица 3.13

Выбросы CO в атмосферный воздух при производстве глинозема (по данным КТА)

Таблица 3.14

Выбросы SO2 в атмосферный воздух при производстве глинозема (по данным КТА)

Таблица 3.15

Текущие объемы потребления энергетических ресурсов при производстве глинозема

Таблица 3.16

Основные показатели оборудования электролиза алюминия

Таблица 3.17

Основное оборудование электролизного производства

Таблица 3.18

Выбросы пыли (алюминий оксид) в атмосферный воздух (по данным КТА) при производстве алюминия

Таблица 3.19

Выбросы SO2 в атмосферный воздух (по данным КТА) при производстве алюминия

Таблица 3.20

Выбросы СО в атмосферный воздух (по данным КТА) при производстве алюминия

Таблица 3.21

Выбросы неорганических фторидов в атмосферный воздух (по данным КТА) при производстве алюминия

Таблица 3.22

Выбросы фтористых газообразных соединений в атмосферный воздух (по данным КТА) при производстве алюминия

Таблица 3.23

Текущие объемы потребления энергетических ресурсов при производстве алюминия

Таблица 3.24

Химический состав и физические свойства обожжҰнных анодов

Таблица 3.25

Выбросы пыли в атмосферный воздух (по данным КТА) при производстве обожженных анодов

Таблица 3.26

Выбросы SO2 в атмосферный воздух (по данным КТА) при производстве обожженных анодов

Таблица 3.27

Выбросы СО в атмосферный воздух (по данным КТА) при производстве обожженных анодов

Таблица 3.28

Выбросы фтористых газообразных соединений в атмосферный воздух (по данным КТА) при производстве обожженных анодов

Таблица 3.29

Выбросы бенз(а)пирена в атмосферный воздух (по данным КТА) при производстве обожженных анодов

Таблица 3.30

Текущие объемы потребления энергетических ресурсов при производстве обожженных анодов

Таблица 3.31

Выбросы пыли в атмосферный воздух (по данным КТА) при вспомогательных процессах

Таблица 4.1

Обзор потоков сточных вод и методов их очистки и минимизации

Таблица 5.1

Содержание компонентов в некондиционных бокситах

Таблица 5.2

Распределение компонентов в песках классификации, поступающих на домол

Таблица 5.3

Ситовая характеристика и производительность мельниц

Таблица 5.4

Химический состав спека, %

Таблица 5.5

Результаты по укрупнению гидрата

Таблица 5.6

Влияние подпорной стенки на показатели взрывания пород

Таблица 5.7

Расход солей для гидрозабойки при отрицательных температурах воздуха

Таблица 5.8

Сравнение фильтров по эффективности очистки

Таблица 5.9

Основные параметры циклонов ЦН-11, ЦН-15, ЦН-24

Таблица 5.10

Эффективность очистки при использовании циклонов

Таблица 5.11

Параметры гибридных фильтров

Таблица 5.12

Эффективность очистки и уровни выбросов, связанные с использованием электрофильтров

Таблица 5.13

Глинозем (из требований фирмы Альстом - Норвегия)

Таблица 5.14

Температура газа

Таблица 5.15

Состав газа на входе ГОУ

Таблица 5.16

Эффективность улавливания вредных веществ ГОУ

Таблица 5.17

Стандартные органические соединения

Таблица 5.18

Преобразования ЛОС в инертные соединения

Таблица 5.19

Отличительные характеристики разных видов сточных вод

Таблица 5.20

Характеристика методов механической очистки сточных вод

Таблица 5.21

Характеристика методов химической очистки

Таблица 5.22

Физико-химические методы очистки

Таблица 5.23

Сравнительная характеристика аэробной и анаэробной очистки

Таблица 5.24

Использование отходов горнодобывающей промышленности в отраслях

Таблица 5.25

Состав отработанной футеровки электролизера

Таблица 6.1

Технологические показатели выбросов пыли в процессах, связанных с дроблением, классификацией (грохочением), транспортировкой, хранением

Таблица 6.2

Технологические показатели выбросов пыли при производстве глинозема (для передела кальцинации)

Таблица 6.3

Технологические показатели выбросов пыли при производстве глинозема (для передела спекания)

Таблица 6.4

Технологические показатели выбросов пыли при производстве обожженных анодов

Таблица 6.5

Технологические показатели выбросов пыли при электролитическом производстве первичного алюминия

Таблица 6.6

Технологические показатели выбросов пыли при производстве первичного алюминия и его сплавов на автоматизированной литейной линии

Таблица 6.7

Технологические показатели выбросов SO2 при электролитическом производстве первичного алюминия

Таблица 6.8

Технологические показатели сбросов при сбросах карьерных и шахтных сточных вод при добыче бокситов, поступающих в поверхностные водные объекты

Таблица 7.1

Сравнительные характеристики печей кальцинации

Глоссарий

      Настоящий глоссарий предназначен для облегчения понимания информации, содержащейся в настоящем справочнике по наилучшим доступным техникам "Производство алюминия" (далее – справочник по НДТ). Определения терминов в этом глоссарии не являются юридическими определениями (даже если некоторые из них могут совпадать с определениями, приведенными в нормативных правовых актах Республики Казахстан).

      Глоссарий представлен следующими разделами:

      термины и их определения;

      аббревиатуры и их расшифровка;

      химические элементы;

      химические формулы;

      единицы измерения.

Термины и их определения

      В настоящем справочнике по НДТ используются следующие термины:

сточные воды

-

воды, образующиеся в результате хозяйственной деятельности человека или на загрязненной территории;

извлечение

-

оценка полноты использования исходного сырья в разделительных технологических процессах. Извлечение определяется как отношение количества извлекаемого вещества, перешедшего в данный продукт, к его количеству в исходном материале (в процентах или долях единиц). В металлургии чаще всего извлечение определяют для процессов обогащения и получаемых продуктов: концентратов, штейнов и др. При этом различают товарное извлечение, определяемое через отношение масс извлекаемого компонента в товарном продукте и сырье, и технологическое извлечение, определяемое по концентрациям компонента в исходных и всех конечных продуктах технологического процесса.

альфа глинозем (a-фракция (корунд))

-

безводная форма окиси алюминия с плотностью 4 г/см3;
 

ангидрид

-

химическое соединение какого-либо неметалла с кислородом, которое можно получить, извлекая воду из кислоты;

анион

-

отрицательно заряженный ион – ион, который притягивается к аноду в электрохимических реакциях;

анод

-

положительный электрод;

первичное производство

-

производство металлов с использованием руд и концентратов;

нейтрализация

-

реакция взаимодействия кислоты и основания с образованием соли и слабо диссоциирующего вещества;

валковая дробилка

-

тип вторичной дробилки, состоящей из тяжелой рамы, на которой установлены два валка. Порода, подаваемая сверху, сжимается между движущимися валками, измельчается и выгружается снизу.

тонна условного топлива (т у.т.)

-

единица измерения энергии, равная 29,3 ГДж, определяется как количество энергии, выделяющееся при сгорании 1 тонны каменного угля;

боксит

-

алюминиевая руда, состоящая из гидратов оксида алюминия, оксидов железа и кремния, сырье для получения глинозема и глиноземсодержащих огнеупоров. Содержание глинозема в промышленных бокситах колеблется от 40 % до 60 % и выше.

ванна

-

раствор химических веществ для удельной поверхностной обработки, например, травильная ванна. Термин также относится к соответствующему резервуару или рабочей станции в последовательности процессов.

гамма глинозем (g-глинозем)

-

содержит 1-2 % влаги, гигроскопичен и имеет плотность 3,4 г/см3, при температуре 1000–1200 °С переходит в a-модификацию;

глинозем

-

оксид алюмииния Al2O3, применяемый для получения алюминия;

наилучшие доступные техники

-

наиболее эффективная и передовая стадия развития видов деятельности и методов их осуществления, которая свидетельствует об их практической пригодности для того, чтобы служить основой установления технологических нормативов и иных экологических условий, направленных на предотвращение или, если это практически неосуществимо, минимизацию негативного антропогенного воздействия на окружающую среду;

щековая дробилка

-

машина для уменьшения размера материала путем удара или дробления между неподвижной и колеблющейся пластинами;

горелка-дожигатель

-

специально разработанная дополнительная установка для сжигания с системой обжига, которая обеспечивает время, температуру и перемешивание с достаточным количеством кислорода для окисления органических соединений до диоксида углерода. Установки могут быть спроектированы таким образом, чтобы использовать энергоемкость необработанного газа для обеспечения большей части требуемой тепловой мощности и энергоэффективности.

камера дожигания

-

термин, применяемый к зоне, расположенной после начальной камеры сгорания, где происходит прогар газа (также упоминается как вторичная камера сгорания или ВКС);

катод

-

электрод, на котором происходят реакции восстановления;

руда

-

минеральные или различные накопленные полезные ископаемые (включая уголь), имеющие достаточную ценность с точки зрения качества и количества, которые можно добывать с прибылью. Большинство руд – это смеси экстрагируемых минералов и посторонних каменистых материалов, описанных как "пустые".

осушение

-

процесс удаления воды из подземного рудника, открытого карьера, или из вмещающей горной породы, немонолитной области. Этот термин также обычно используется для снижения содержания воды в концентратах, отходах обогащения и переработанных шламах.

комплексный подход

-

подход, учитывающий более чем одну природную среду. Преимущество данного подхода состоит в комплексной оценке воздействия предприятия на окружающую среду в целом. Это уменьшает возможность переноса воздействия с одной среды на другую без учета последствий для такой среды. Комплексный (межкомпонентный) подход требует серьезного взаимодействия и координации деятельности различных органов (ответственных за состояние воздуха, воды, утилизацию отходов и т. д.).

комплексный технологический аудит (КТА)

-

процесс экспертной оценки применяемых на предприятиях техник (технологий, способов, методов, процессов, практики, подходов и решений), направленных на предотвращение и (или) минимизацию негативного антропогенного воздействия на окружающую среду, в том числе путем сбора соответствующих сведений и (или) посещений объектов, подпадающих под области применения наилучших доступных техник;

классификация

-

разделение сыпучего продукта неоднородного по размеру частиц на две или более фракции частиц определенного размера с помощью просеивающего устройства;

действующая установка

-

стационарный источник эмиссий, расположенный на действующем объекте (предприятии) и введенный в эксплуатацию до введения в действие настоящего справочника по НДТ. К действующим установкам не относятся реконструируемые и (или) модернизированные установки после введения в действие настоящего справочника по НДТ.

концентрат

-

товарный продукт после разделения на обогатительной фабрике с повышенным содержанием ценных минералов;

воздействие на окружающую среду

-

любое отрицательное или положительное изменение в окружающей среде, полностью или частично являющееся результатом экологических аспектов организации;

криолит

-

редкий минерал из класса природных фторидов, 
гексафтороалюминат натрия Na3[AlF6]. Используется в процессе электролитического получения алюминия, нагревая до 1010 °C в расплаве криолита растворяют оксид алюминия для последующего электролиза.

кросс-медиа эффекты

-

возможный сдвиг экологической нагрузки от одного компонента окружающей среды к другому. Любые побочные эффекты и отрицательные последствия, вызванные внедрением технологии.

вторичное производство

-

производство металлов с использованием остатков и / или отходов, включая переплавку и легирование;

утилизация отходов

-

процесс использования отходов в иных, помимо переработки, целях, в том числе в качестве вторичного энергетического ресурса для извлечения тепловой или электрической энергии, производства различных видов топлива, а также в качестве вторичного материального ресурса для целей строительства, заполнения (закладки, засыпки) выработанных пространств (пустот) в земле или недрах или в инженерных целях при создании или изменении ландшафтов;

переработка отходов

-

механические, физические, химические и / или биологические процессы, направленные на извлечение из отходов полезных компонентов, сырья и / или иных материалов, пригодных для использования в дальнейшем в производстве (изготовлении) продукции, материалов или веществ вне зависимости от их назначения;

восстановительный процесс

-

физико-химический процесс получения металлов из их оксидов, связыванием кислорода восстановителем – веществом, способным соединяться с кислородом;

опасные вещества

-

вещества или группы веществ, которые обладают одним или несколькими опасными свойствами, такими как токсичность, стойкость и биоаккумулятивность или классифицируются как опасные для человека или окружающей среды;

достигнутые экологические выгоды

-

основное воздействие (я) на окружающую среду, которое должно рассматриваться с помощью технологии (процесса или борьбы), включая достигнутые значения выбросов и эффективность работы. Экологические выгоды метода по сравнению с другими.

отливка (заготовка)

-

общий термин, используемый для изделий в их (почти) готовой обработке, сформированных путем затвердевания металла или сплава в форме;

красный шлам

-

твердые отходы процесса Байера – обогащения боксита с получением глинозема;

загрязняющее вещество

-

любые вещества в твердом, жидком, газообразном или парообразном состоянии, которые при их поступлении в окружающую среду в силу своих качественных или количественных характеристик нарушают естественное равновесие природной среды, ухудшают качество компонентов природной среды, способны причинить экологический ущерб либо вред жизни и (или) здоровью человека;

сброс загрязняющих веществ

-

поступление содержащихся в сточных водах загрязняющих веществ в поверхностные и подземные водные объекты, недра или на земную поверхность;

выброс загрязняющих веществ

-

поступление загрязняющих веществ в атмосферный воздух от источников выброса;

маркерные загрязняющие вещества

-

наиболее значимые для эмиссий конкретного вида производства или технологического процесса загрязняющие вещества, которые выбираются из группы характерных для такого производства или технологического процесса загрязняющих веществ, и с помощью которых возможно оценить значения эмиссий всех загрязняющих веществ, входящих в группу;

мониторинг

-

систематическое наблюдение за изменениями определенной химической или физической характеристики выбросов, сбросов, потребления, эквивалентных параметров или технических мер и т. д.;

удельный расход потребления ТЭР

-

единица измерения, используемая для определения энергетической емкости производственного (технологического) процесса;

измерение

-

набор операций для определения значения количества;

эксплуатационные данные

-

данные о производительности по выбросам/отходам и потреблению, например, сырья, воды и энергии. Любая другая полезная информация о том, как управлять, поддерживать и контролировать, включая аспекты безопасности, ограничения работоспособности техники, качество вывода и т. д.;

печь

-

агрегат, внутри которого металлосодержащие материалы подвергаются при помощи тепловой энергии требуемым физико-химическим превращениям для того, чтобы извлекать, рафинировать и обрабатывать металлы;

регенеративные горелки

-

предназначены для извлечения тепла из горячих газов с использованием двух или более огнеупорных масс, которые альтернативно нагреваются, а затем используются для предварительного нагрева воздуха для горения;

рекуперативные горелки

-

они предназначены для циркуляции горячих газов в системе горелки для восстановления тепла, см. также регенеративные горелки;

фильтрование

-

процесс разделения суспензии на жидкую и твердую фазы с помощью фильтров различной конструкции;

отбор проб

-

процесс, посредством которого часть вещества, материала или продукта удаляется, чтобы сформировать представительную пробу контролируемого продукта;

рафинирование

-

очистка металлов от примесей;

анализ

-

исследование, а также его метод и процесс, имеющие цель установление одной или нескольких характеристик (состава, состояния, структуры) вещества в целом или отдельных его ингредиентов;

технический кислород

-

кислород, который был отделен от азота для получения более 97 % O2;

технологические показатели

-

уровни эмиссий, связанные с применением наилучших доступных техник, выраженные в виде предельного количества (массы) маркерных загрязняющих веществ на единицу объема эмиссий (мг/Нм3, мг/л) и (или) количества потребления электрической и (или) тепловой энергии, иных ресурсов в расчете на единицу времени или единицу производимой продукции (товара), выполняемой работы, оказываемой услуги, которые могут быть достигнуты при нормальных условиях эксплуатации объекта с применением одной или нескольких наилучших доступных техник, описанных в заключении по наилучшим доступным техникам, с учетом усреднения за определенный период времени и при определенных условиях;

дожигание

-

сжигание выхлопных газов путем впрыска воздуха или использования горелки (например, для уменьшения количества СО и летучих органических соединений);

окислительный процесс

-

химический процесс, сопровождающийся увеличением степени окисления атома окисляемого вещества посредством передачи электронов от атома восстановителя (донора электронов) к атому окислителя (акцептору электронов);

дымовой газ

-

смесь продуктов сгорания и воздуха, выходящая из камеры сгорания и направленная вверх по выхлопной трубе, и которая должна быть выпущена;

прямые измерения

-

конкретное количественное определение выбрасываемых соединений в источнике;

измельчение

-

процесс измельчения дает мелкозернистый продукт (<1 мм), где уменьшение размера достигается за счет истирания и ударов и иногда поддерживается свободным движением несвязанных средств, таких как стержни, шарики и каменная крошка;

дробление

-

достигается путем обсадки руды по жестким поверхностям или ударного воздействия по поверхностям в неподвижном направлении принудительного движения;

летучие органические соединения (ЛОС)

-

любое органическое соединение, имеющее при 293,15 К давление паров 0,01 кПа или более, или имеющее соответствующую летучесть при определенных условиях использования;

пыль

-

твердые частицы размером от субмикроскопического до макроскопического, любой формы, структуры или плотности, рассеянные в газовой фазе;

шихта

-

сырьевая смесь для получения металлов, состоящая из концентратов, флюсов, восстановителей и т.п;

отходящий газ

-

общий термин для газа/воздуха, возникающего в результате процесса или эксплуатации (см. также дымовые газы);

движущая сила внедрения

-

причины реализации технологии, например, законодательство, улучшение качества продукции;

экологическое разрешение

-

документ, удостоверяющий право индивидуальных предпринимателей и юридических лиц на осуществление негативного воздействия на окружающую среду и определяющий экологические условия осуществления деятельности;

экономика

-

информация о затратах (инвестиции и операции) и любой возможной экономии, например, снижении потребления сырья, сборе отходов, а также связанная с возможностями техники;

электрод

-

проводник, посредством которого электрический ток входит или выходит из электролита в электрохимической реакции (см. также анод и катод);

электролиз

-

физико-химический процесс, состоящий в выделении на электродах составных частей растворенных или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах, которые возникают при прохождении электрического тока через раствор либо расплав электролита;

электролит

-

вещество, которое способно проводить электрический ток в растворе или в расплавленном состоянии;

электролитическое выделение (ЭВ)

-

стадия электролитического производства, в которой используется инертный металлический анод и нужный металл в электролите, осаждаемый на катоде;

электрофильтр

-

устройство, в котором очистка газов от аэрозольных, твердых или жидких частиц происходит под действием электрических сил.

Аббревиатуры и их расшифровка

Аббревиатуры

Расшифровка

АО

акционерное общество

ИЗА

источник загрязнения атмосферы

СПУ

смесительно-прессовой участок

ИТС

информационно-технический справочник

ЦЭА

цех электролиза алюминия

ГОУ

газоочистная установка

НДТ

наилучшие доступные техники

ТОО

товарищество с ограниченной ответственностью

ОА

обожженные аноды

КБРУ

Краснооктябрьское бокситовое рудоуправление

КТА

комплексный технологический аудит

КЭР

комплексное экологические разрешение

ТБО

твердые бытовые отходы

АО "КЭЗ"

АО "Казахстанский электролизный завод"

ЗВ

загрязняющие вещества

БПК

биохимическое потребление кислорода

ХПК

химическое потребление кислорода

ПАЗ

Павлодарский алюминиевый завод

КПД

коэффициент полезного действия

ПСП

плодородный слой почвы

АСУТП

автоматизированная система управления технологическим процессом

РГМ

рудная горная масса

СЭМ

система экологического менеджмента

СЭнМ

система энергетического менеджмента

ППР

планово-предупредительный ремонт

ЛОС

летучие органические соединения

Химические элементы

Символ

Название

Символ

Название

Ag

серебро

Mg

магний

Al

алюминий

Mn

марганец

As

мышьяк

Mo

молибден

Au

золото

N

азот

B

бор

Na

натрий

Ba

барий

Nb

ниобий

Be

бериллий

Ni

никель

Bi

висмут

O

кислород

C

углерод

Os

осмий

Ca

кальций

P

фосфор

Cd

кадмий

Pb

свинец

Cl

хлор

Pd

палладий

Co

кобальт

Pt

платина

Cr

хром

Re

рений

Cs

цезий

Rh

родий

Cu

медь

Ru

рутений

F

фтор

S

сера

Fe

железо

Sb

сурьма

Ga

галлий

Se

селен

Ge

германий

Si

кремний

H

водород

Sn

олово

He

гелий

Ta

тантал

Hg

ртуть

Te

теллур

I

йод

Ti

титан

In

индий

Tl

таллий

Ir

иридий

V

ванадий

K

калий

W

вольфрам

Li

литий

Zn

цинк

Химические формулы

Химическая формула

Название (описание)

AI2O3

оксид алюминия

CO

монооксид углерода

CO2

диоксид углерода

CaO

оксид кальция, гидроокись кальция

FeO

оксид железа

Fe2O3

оксид железа трехвалентный

H2O2

перекись водорода

H2S

сероводород

H2SO4

серная кислота

HCl

хлористоводородная кислота

HF

фтороводородная кислота

HNO3

азотная кислота

K2O

оксид калия

MgO

оксид магния, магнезия

MnO

оксид марганца

NaOH

гидроокись натрия

NaCl

хлорид натрия

CaCl2

хлорид калия

Na2CO3

карбонат натрия

Na2SO4

сульфат натрия

NO2

двуокись азота

NOx

смесь оксида азота (NO) и диоксида азота (NO2), выраженная в виде NO2

PbCO3

карбонат свинца

PbO

оксид свинца

Pb3O4

тетраоксид трисвинца

PbS

сульфид свинца

PbSО4

сульфат свинца

SiO2

двуокись кремния, оксид кремния

SO2

двуокись серы

SO3

трехокись серы

SOx

оксиды серы - SO2 и SO3

ZnO

оксид цинка

Единицы измерения

Символ единицы измерения

Название единиц измерения

Наименование измерения (символ измерения)

Преобразование и комментарии

бар

бар

давление (Д)

1.013 бар = 100 кПа = 1 атм

°C

градус Цельсия

температура (T),
разница температур (РT)


г

грамм

вес


ч

час

время


K

Келвин

температура (T) разница температур (AT)

0 °C = 273.15 K

кг

килограм

вес


кДж

килоджоуль

энергия


кПа

килопаскаль

давление


кВт ч

киловатт-час

энергия

1 кВт ч = 3 600 кДж

л

литр

объем


м

метр

длина


м2

квадратный метр

площадь


м3

кубический метр

объем


мг

миллиграмм

вес

1 мг = 10 -3 г

мм

миллиметр


1 мм = 10 -3 м

МВт

мегаватт тепловой мощности

тепловая мощность, теплоэнергия


нм3

нормальный кубический метр

объем

при 101.325 кПа, 273.15 K

Па

паскаль


1 Па = 1 Н/м2

ppb.

частей на миллиард

состав смесей

1 ppb = 10-9

ppm

частей на миллион

состав смесей

1 ppm = 10-6

об/мин

число оборотов в минуту

скорость вращения, частота


т

метрическая тонна

вес

1 т= 1 000 кг или 106 г

т/сут

тонн в сутки

массовый расход,
расход материала


т/год

тонн в год

массовый расход,
расход материала


об%

процентное соотношение по объему

состав смесей


кг-%

процентное соотношение по весу

состав смесей


Вт

ватт

мощность

1 Вт = 1 Дж/с

В

вольт

напряжение

1 В = 1 Вт/1 А (А - Ампер, сила тока

г

год

время


Предисловие

      Краткое описание содержания справочника по наилучшим доступным техникам: взаимосвязь с международными аналогами

      Справочник по НДТ представляет собой документ, включающий уровни эмиссий, объемы образования, накопления и захоронения основных производственных отходов, потребления ресурсов и технологические показатели, связанные с применением НДТ, а также заключение, содержащее выводы по НДТ и любые перспективные техники. Термин "наилучшие доступные техники" введен в Экологический кодекс Республики Казахстан в ст. 113 (далее – Экологический кодекс), согласно которому НДТ – это технология производства продукции (товаров), выполнения работ, оказания услуг, определяемая на основе современных достижений науки и техники и наилучшего сочетания критериев достижения охраны окружающей среды при условии наличия технической возможности ее применения.

      Перечень областей применения НДТ утвержден в приложении 3 к Экологическому кодексу.

      Настоящий справочник по НДТ содержит описание применяемых при производстве алюминия технологических процессов, оборудования, технических способов, методов, направленных на снижение нагрузки на окружающую среду (выбросы, сбросы, размещение отходов), повышение уровня энергоэффективности, обеспечение экономии ресурсов на производствах, относящихся к области применения НДТ. Из числа описанных технологических процессов, технических способов, методов выделены решения, отнесенные к НДТ, а также установлены технологические показатели, соответствующие выделенным НДТ.

      Разработка справочника по НДТ проводилась в соответствии с порядком определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также согласно положениям постановления Правительства Республики Казахстан от 28 октября 2021 года № 775 "Об утверждении Правил разработки, применения, мониторинга и пересмотра справочников по наилучшим доступным техникам" (далее – Правила).

      При разработке справочника по НДТ учтен наилучший мировой опыт с учетом необходимости обоснованной адаптации к климатическим, экономическим, экологическим условиям и сырьевой базе Республики Казахстан, обуславливающим техническую и экономическую доступность НДТ в области применения. При разработке справочника по НДТ использовались аналогичные и сопоставимые справочные документы:

      1. Best Available Techniques (BAT) Reference Document for the main Non-Ferrous Metals Industries [1].

      2. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям ИТС 13–2020 [2].

      3. Reference Document on Best Available Techniques for Energy Efficiency [3].

      4. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям ИТС 48–2017 [4].

      5. Предотвращение и контроль промышленного загрязнения [5].

      Технологические показатели, связанные с применением одной или нескольких в совокупности НДТ, для технологического процесса определены технической рабочей группой по разработке справочника по наилучшим доступным техникам "Производство алюминия".

      Текущее состояние эмиссий в атмосферу от промышленных предприятий по производству алюминия составляет порядка 36 тыс. тонн в год. Готовность алюминиевой отрасли к переходу на принципы НДТ составляет порядка 70 % при несоответствии уровням эмиссий, установленным в сопоставимых справочных документах Европейского союза.

      При переходе на принципы НДТ прогнозное сокращение эмиссий в окружающую среду составит 75 %, или снижение порядка 25 тыс. тонн в год.

      Предполагаемый объем инвестиций 82,5 млрд тенге. Внедрение НДТ предусматривает индивидуальный подход к выбору НДТ с учетом экономики конкретного предприятия и готовности предприятия к переходу на принципы НДТ, выбора страны производителя НДТ, мощностных показателей, габаритов НДТ и степени локализации НДТ.

      Модернизация производственных мощностей с применением современных и эффективных техник будет способствовать ресурсосбережению и оздоровлению окружающей среды до соответствующих уровней, отвечающих эмиссиям стран Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР).

      Информация о сборе данных

      В справочнике по НДТ использованы фактические данные по технико-экономическим показателям, выбросам загрязняющих веществ в воздух и сбросам в водную среду предприятий, осуществляющих производство алюминия в Республике Казахстан за 2018-2021 годы, полученные по результатам комплексного технологического аудита и анкетирования, проведенных подведомственной организацией уполномоченного органа в области охраны окружающей среды, осуществляющей функции Бюро по НДТ.

      В справочнике по НДТ использованы данные Бюро национальной статистики Агентства по стратегическому планированию и реформам Республики Казахстан, компаний, осуществляющих производство технологических систем и оборудования производства алюминия.

      Информация о применяемых на промышленных предприятиях технологических процессах, оборудовании, источниках загрязнения окружающей среды, технологических, технических и организационных мероприятиях, направленных на снижение загрязнения окружающей среды и повышение энергоэффективности и ресурсосбережения, была собрана в процессе разработки справочника по НДТ в соответствии с Правилами.

      Взаимосвязь с другими справочниками НДТ

      Справочник по НДТ является одним из серии разрабатываемых в соответствии с требованием Экологического кодекса справочников по НДТ и имеет связь с:

№ п/п

Наименование справочника по НДТ

Связанные процессы

1

2

3

1

Очистка сточных вод централизованных систем водоотведения населенных пунктов

Процессы очистки сточных вод

2

Энергетическая эффективность при осуществлении хозяйственной и (или) иной деятельности

Энергетическая эффективность

3

Мониторинг эмиссий загрязняющих веществ в атмосферный воздух и водные объекты

Мониторинг эмиссий

Область применения

      В соответствии с нормами Экологического кодекса настоящий справочник по НДТ распространяется на следующие виды деятельности:

      добыча и обогащение руд цветных металлов, производство цветных металлов, в частности:

      добыча бокситов алюминий содержащей руды;

      производство глинозема – гидрохимический способ получения глинозема из бокситов;

      производство первичного алюминия – получение чистого металла с использованием процесса электролиза – распада оксида алюминия на составные части под воздействием электрического тока;

      производство анодов и анодной массы;

      литейное производство (производство товарной продукции из алюминия-сырца и алюминиевых сплавов).

      Область применения настоящего справочника по НДТ, а также технологические процессы, оборудование, технические способы и методы в качестве наилучших доступных техник для области применения настоящего справочника по НДТ определены технической рабочей группой по разработке справочника по наилучшим доступным техникам "Производство алюминия".

      Настоящий справочник по НДТ также распространяется на процессы, связанные с основными видами деятельности, которые могут оказать влияние на объемы эмиссий и (или) масштабы загрязнения окружающей среды:

      хранение и подготовка сырья;

      хранение и подготовка топлива;

      производственные процессы (пирометаллургические, гидрометаллургические и электролитические);

      методы предотвращения, сокращения эмиссий и образования отходов;

      хранение и подготовка продукции.

      Справочник по НДТ не распространяется на деятельность, связанную с получением концентратов; процессы, связанные с поверхностной обработкой металлов; вспомогательные процессы (ремонтные, автотранспортные, железнодорожные, монтажные), необходимые для бесперебойной эксплуатации производства.

Принципы применения

      Статус документа

      Справочник по НДТ предназначен для информирования операторов объекта/объектов, уполномоченных государственных органов и общественности о наилучших доступных техниках и любых перспективных техниках, относящихся к области применения справочника по НДТ с целью стимулирования перехода операторов объекта/объектов на принципы "зеленой" экономики и НДТ.

      Определение НДТ осуществляется для отраслей (областей применения НДТ) на основе ряда принятых международных критериев:

      применение малоотходных технологических процессов;

      высокая ресурсная и энергетическая эффективность производства;

      рациональное использование воды, создание водооборотных циклов;

      предотвращение загрязнения, отказ от использования (или минимизация применения) особо опасных веществ;

      организация повторного использования веществ и энергии (там, где это возможно);

      экономическая целесообразность (с учетом инвестиционных циклов, характерных для отраслей применения НДТ).

      Положения, обязательные к применению

      Положения раздела "6. Заключение, содержащее выводы по наилучшим доступным техникам" справочника по НДТ являются обязательными к применению при разработке заключений по НДТ.

      Необходимость применения одного или совокупности нескольких положений заключения по НДТ определяется операторами объектов самостоятельно, исходя из целей управления экологическими аспектами на предприятии при условии соблюдения технологических показателей. Количество и перечень НДТ, приведенных в настоящем справочнике по НДТ, не является обязательным к внедрению.

      На основании заключения по НДТ операторами объектов разрабатывается программа повышения экологической эффективности, направленная на достижение уровня технологических показателей, утвержденных в заключениях по наилучшим доступным техникам.

      Рекомендательные положения

      Рекомендательные положения имеют описательный характер и рекомендованы к анализу процесса установления технологических показателей, связанных с применением НДТ, и при пересмотре справочника по НДТ.

      Раздел 1: представлена общая информация об алюминиевой отрасли, о структуре отрасли, технологиях, используемых при производстве алюминия.

      Раздел 2: описаны методология отнесения к НДТ, подходы идентификации НДТ.

      Раздел 3: описаны основные этапы производственного процесса или производства конечного продукта, представлены данные и информация об экологических характеристиках установок по производству алюминия с точки зрения текущих выбросов, потребления и характера сырья, потребления воды, использования энергии и образования отходов.

      Раздел 4: описаны техники, применяемые при осуществлении технологических процессов для снижения их негативного воздействия на окружающую среду и не требующие реконструкции объекта, оказывающего негативное воздействие на окружающую среду.

      Раздел 5: представлено описание существующих техник, которые предлагаются для рассмотрения в целях определения НДТ.

      Раздел 7: представлена информация о новых и перспективных техниках.

      Раздел 8: приведены заключительные положения и рекомендации для будущей работы в рамках пересмотра справочника по НДТ.

1. Общая информация

      Настоящий раздел справочника по НДТ содержит общую информацию о конкретной области применения, а также описание основных экологических проблем, характерных для области применения настоящего справочника по НДТ, включая текущие уровни эмиссий, а также потребление энергетических, водных и сырьевых ресурсов.

      Алюминий – это легкий металл и является самым распространенным в мире. Благодаря своей легкости, прочности, функциональности и стойкости к коррозии алюминий стал популярен и используется во многих конструкциях (в домах, транспорте, различной технике, в том числе мобильных телефонах и компьютерах, и других предметах быта – холодильниках, микроволновках, мебели и так далее).

      Алюминий занимает около 8 % всей земной коры и является третьим по распространенности элементом после кислорода и кремния. Несмотря на свою распространенность, алюминий не встречается в природе в чистом виде. Впервые был получен в 1824 году, спустя 50 лет начал активно использоваться в промышленности [7].

      Алюминий в три раза легче железа с прочностью аналогично стали, при этом обладает высокими пластическими свойствами. Он не магнитится и проводит электрический ток, способен образовывать сплавы практически со всеми другими металлами.

      Металл используется во всех современных и высокотехнологичных отраслях промышленности – строительной, автомобильной, энергетической, авиационной, пищевой, космической. Также применяется в современной электронной технике, кораблестроении и других отраслях.

      Алюминий – химический элемент III группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева, легкий и пластичный металл матово-серебристого цвета. Вследствие высокой химической активности алюминий в природе находится только в связанном виде.

      Плотность (при нормальных условиях) – 2,69 г/см3, электропроводность – 37 × 106 см/м.

      Уникальные свойства алюминия:

      на воздухе моментально образует оксидную защитную пленку, которая способствует высокой коррозионной стойкости металла;

      низкая плотность при высокой прочности;

      неизменность свойств при низких температурах.

      Алюминий обладает амфотерными свойствами, т. е., реагируя с кислотами, образует соответствующие соли, а при взаимодействии со щелочами – алюминаты. Эта особенность существенно расширяет возможности извлечения алюминия из руд различного состава. Алюминий растворяется в серной и соляной кислотах, а также в щелочах, но концентрированная азотная и органическая кислоты на алюминий не действуют.

      Алюминий – серебристо-серый металл, в чистом виде – с синеватым оттенком. Природных изотопов не имеет. Искусственно получены радиоактивные изотопы А126 и А128-.

      Важнейшие физические свойства чистого алюминия:

температура плавления, °С

660,24

температура кипения, °С

2497

плотность t - при 20 °С, г/см3

2,6996 ^ ^

- при 1000 °С г/см3

2,289

удельная теплоемкость при 20 °С, Дж/моль К

24,35

теплота плавления, Дж/г

386

теплота испарения, Дж/г

10900

коэффициент теплопроводимости в температурном интервале 0–100 °С, Вт/см-град

2,35 -2,40

удельное электрическое сопротивление при 20 °С, мкОм-м

0,0265

коэффициент линейного термического расширения

23 10-6

твердость по Бринеллю (зависит от состояния поверхности алюминия), кг/мм2

15

электрохимический эквивалент, г/А-ч

0,335

      Пластические свойства алюминия зависят от его чистоты: чем меньше примесей включает металл, тем легче он подвергается ковке, штамповке, прокатке и резанию. Введение в алюминий меди, цинка, магния и других металлов в сочетании с термической обработкой дает получение высококачественных сплавов, в которых отношение прочности к плотности выше, чем у легированных сталей. Отражательная способность алюминия всего на 15–20 % меньше, чем у серебра. Электропроводимость алюминия составляет 65 % от электропроводимости меди, а, следовательно, провода одинаковой проводимости из алюминия в 2,16 раза легче медных. В электрохимическом аспекте – алюминий электроотрицательный элемент, его стандартный электродный потенциал равен 1,67 В. На воздухе алюминий покрывается тонкой (порядка 10–5 см) и плотной пленкой оксида алюминия, которая защищает поверхность металла от окисления. Чем чище алюминий, тем тоньше и плотнее пленка оксида и выше коррозионная стойкость металла.

      Алюминий обладает значительным химическим сродством к кислороду – теплота образования А1203 составляет 1670 кДж/моль. Это свойство алюминия широко используется в процессах алюминотермического восстановления металлов. Из кислот наиболее сильно действует на алюминий соляная, слабее – серная. Концентрированная азотная кислота действует на алюминий весьма незначительно вследствие образования на поверхности металла тонкой оксидной пленки нерастворимой в азотной кислоте. С органическими кислотами алюминий не взаимодействует, с едкими щелочами интенсивно реагирует с образованием растворимых в воде алюминатов, например, NaAlO2. С галогенами алюминий взаимодействует со значительным выделением тепла: при образовании А1С13 выделяется 1678 кДж/моль тепла; AIF3 – 1385 кДж/моль. Хлорид и фторид алюминия обладают высокими давлениями насыщенного пара и склонностью к гидролизу. При нагревании их с алюминием идут реакции образования летучих субхлорида и субфторида (AlCl, AIF). При охлаждении субсоединения разлагаются на галогенид и алюминий. С азотом алюминий образует при температуре 800 °С нитрид AlN. Нагревание алюминия в присутствии углерода дает карбид Al4Cl3, реакция начинается с 1200 °С, но если в месте контакта металла с углеродом присутствует растворитель (например, расплав криолита), реакция протекает при более низких температурах (около 1000 °С).

      Алюминий с водородом не взаимодействует, но достаточно хорошо растворяет его (до 0,2 см3 в 1 см3 алюминия при 1000 °С). Малая плотность, высокая электропроводность, низкая коррозионная стойкость, достаточно высокая механическая прочность и пластичность обеспечили широкое применение как чистого металла, так и сплавов на его основе. Все большее значение приобретают спеченные алюминиевые порошки (САП) и сплавы (САС). Помол порошка осуществляют с таким расчетом, чтобы получить на поверхности частиц требуемый слой оксида алюминия. Затем пудру брикетируют и спекают. Полученные заготовки обрабатывают также, как и металл. Однако наличие дисперсных частиц оксида алюминия приводит к упрочнению САП, и прочность сохраняется до температуры 500 °С. Широкое распространение получили алюминиевые сплавы с добавкой лития, обладающие пониженной плотностью и повышенной пластичностью, а также сплавы, полученные с применением высоких скоростей затвердевания.

1.1. История развития алюминиевой промышленности

      Металлический алюминий впервые был выделен датским физиком Гансом Кристианом Эрстедом в 1825 году и уже в 1854 году француз Анри Сен-Клер-Девиль наладил первое коммерческое производство алюминия. Способ производства осуществлялся посредством получения амальгамы алюминия через стадию восстановления безводного хлорида алюминия амальгамой калия. В 1855 году на всемирной выставке в Париже впервые экспонировался алюминий, полученный этим способом. В то время стоимость алюминия составляла порядка 90 долларов США за фунт (около 1000 долларов США за фунт по сегодняшнему курсу валюты).

      Основоположниками электролитического способа производства алюминия являются француз Поль Эру и американец Чарльз Холл. В 1886 году они независимо друг от друга подали почти аналогичные патенты на способ получения алюминия электролизом глинозема, растворенного в расплавленном криолите. Уже в 1893 году благодаря новому способу стоимость алюминия была снижена до 65 центов США за фунт и благородный металл получил широкое промышленное применение. Промышленное производство алюминия методом электролиза криолитоглиноземного расплава началось в Питтсбурге (США) в 1888 году. В 1897 году в Чикаго из алюминиевого провода была возведена телеграфная линия. В 1898 году в Канаде закончена прокладка первой линии электропередачи длиной 46 миль из алюминиевого кабеля. В 1903 году братья Райт поднялись в воздух на самолете с двигателем из алюминия, а начиная с 1913 года в США началось промышленное производство алюминиевой фольги для упаковки жевательной резинки, шоколада и сладостей. После 1920 года алюминий стал широко применяться для изготовления фюзеляжей самолетов, а в 30-е годы – в архитектуре и строительстве. В развитие теории и технологии электролитического способа производства алюминия значительный вклад внесли российские ученые и инженеры. Первые теоретические исследования были выполнены в 1910–1912 годах П. П. Федотьевым в Петербургском политехническом институте и касались они плавкости электролита, растворимости в нем алюминия. Федотьевым предложена схема электродных процессов, протекающих при электролизе криолитоглиноземных расплавов. В конце 20-х годов эти теоретические исследования нашли практическое применение. П. П. Федотьев вместе с учениками провел полузаводские опыты по получению алюминия из отечественного сырья. С начала 30-х годов алюминиевая промышленность в СССР стала бурно развиваться. В 1931 году был создан научно-исследовательский и проектный институт ВАМИ, в 1932 году запущены первые мощности на Волховском алюминиевом заводе.

      Следующим в 1933 году был запущен Днепровский алюминиевый завод в г. Запорожье, который использовал электрическую энергию ДнепроГЭСа. В военный период были построены и введены в эксплуатацию Уральский, Новокузнецкий и Богословский алюминиевые заводы.

      В настоящее время в СНГ 20 % алюминия выпускается на устаревших электролизерах с боковым подводом тока, 55 % – на электролизерах с верхним подводом тока и только 25 % – на современных ваннах с обожженными анодами на силу тока от 130 кА до 400 кА. Заводы первой группы физически и морально устарели, нуждаются в коренной реконструкции с целью улучшения условий труда и защиты окружающей среды.

      Часть серий этих заводов не имеет устройств для очистки отходящих газов. Требуется реконструкция одноэтажных серий электролизеров с верхним токоподводом. Проблемы по защите окружающей природной среды, улучшению условий труда, повышению технико-экономических показателей работы определяют необходимость модернизации и реконструкции основной части алюминиевых заводов стран СНГ. В последние годы наметилась тенденция сокращения производства алюминия в высокоразвитых капиталистических странах, хотя потребление алюминия в них возросло.

      Так в период с 1989 по 2000 годы прекращено производство алюминия в Австрии, Швейцарии, Южной Корее. Существенно сократилось производство алюминия в Германии, Италии, Японии, США.

      С другой стороны, бурно развивалось производство алюминия в ЮАР, Бахрейне, Иране, Объединенных Арабских Эмиратах, Бразилии, Венесуэле, Австралии. В ближайшие годы прирост производства алюминия в мире будет достигнут за счет строительства новых алюминиевых заводов в Алжире (220 тыс. тонн алюминия в год), Камеруне (250 тыс. тонн), Нигерии (180 тыс. тонн), Чили (680 тыс. тонн), Мексике (70 тыс. тонн), Тринидаде (55 тыс. тонн), Венесуэле (1 млн. тонн), Иране (250 тыс. тонн), Малайзии (120 тыс. тонн), Катаре (300 тыс. тонн), Кувейте (230 тыс. тонн), Саудовской Аравии (240 тыс. тонн), Китае (500 тыс. тонн), Исландии (200 тыс. тонн).

      Вновь строящиеся алюминиевые заводы, как правило, оснащаются современными электролизерами с обожженными анодами большой мощности, которые благодаря использованию систем автоматического питания глиноземом, укрытий электролизеров, эффективной газоочистки и компьютерному управлению процессом электролиза достигают минимальных выбросов вредных веществ в атмосферу. Как показывает мировой опыт, наибольший эффект достигается при коренной реконструкции серий электролиза, заключающейся в переходе с "технологий Содерберга" на технологию предварительно обожженных анодов. При этом применяются электролизеры большой мощности с автоматической центральной загрузкой глинозема, эффективной АСУТП и газоочистными системами "сухого" типа.

      К примеру, на алюминиевом заводе в Сундсвалле (Швеция) такая реконструкция (с сохранением имевшейся "мокрой" газоочистки для газов общеобменной вентиляции) позволила достигнуть низкого уровня выбросов в атмосферу газообразных фтористых соединений – до 0,35 кг/т алюминия. Однако такая реконструкция по удельным капитальным затратам приближается к уровню капитальных вложений на новое строительство.

      В связи с этим широко используется и второй способ, который заключается в модернизации действующей технологии путем усовершенствования отдельных узлов электролизеров и компонентов ошиновки, применения эффективных АСУТП, "сухой" анодной массы и газоочистных систем "сухого" типа. Это направление реконструкции электролизных серий требует капитальных затрат в 2-3 раза меньше первого, хотя и не обеспечивает полного решения проблемы как в экологическом, так и в экономическом аспектах.

      Генеральным направлением в развитии алюминиевой промышленности продолжает оставаться применение автоматизированного электролиза с предварительно обожженными анодами как более экологически чистого и требующего меньшего расхода электроэнергии. Электролизеры с обожженными анодами будут использоваться и при реконструкции устаревших предприятий.

      Потребности в обожженных анодах серий электролизеров после ввода новых мощностей и реконструкции старых серий так же, как и в настоящее время будут обеспечиваться за счет организации их производства непосредственно на алюминиевых заводах для собственных нужд или для группы заводов [8].

      Механические свойства алюминия в значительной степени зависят от количества примесей в металле, его предварительной механической обработки и температуры. С увеличением содержания примесей прочностные свойства алюминия растут, а пластичные снижаются, причем эти свойства проявляются даже при изменении чистоты алюминия от 99,5 до 99,0 %.

      Практически единственным методом получения металлического алюминия является электролиз криолитоглиноземного расплава. Основное сырье для этого процесса – глинозем (Al2O3) – получают различными гидрохимическими методами путем переработки минералов, содержащих соединения алюминия.

      Современное получение алюминия осуществляется путем электролитического разложения глинозема (Al2O3), растворенного в электролите (расплавленный криолит (Na3AlF6)). Технологический процесс осуществляется при 950–965 °C в электролизных ваннах (электролизерах). В целом процесс разложения глинозема в электролизерах можно представить в виде формул:

      Al2O3 + 1,5C ↔ 2Al + 1,5CO2,

      Al2O3 + 3C ↔ 2Al + 3CO.

      Суммарную реакцию можно записать в виде

      Al2O3 + x C = 2Al + (3 – x) CO2 + (2x – 3) CO

      или представить ее как сумму трех реакций:

      Al2O3 ↔ 2Al + 1,5O2,

      C + O2 ↔ CO2,

      C + 0,5O2 ↔ CO.

      Основным исходным сырьем криолит-глиноземного расплава являются глинозем (Al2O3), фтористый алюминий (AlF3) и криолит (Na3AlF6). Кроме того, в электролите всегда присутствует фтористый кальций (CaF2), снижающий температуру кристаллизации электролита, что позволяет проводить процесс электролиза при более низкой температуре.

      Технологический процесс в алюминиевом электролизере – сложный комплекс взаимосвязанных химических, физико-химических и физических процессов.

      При электролизе на катоде выделяется алюминий, а на аноде – кислород. Алюминий, обладающий большей плотностью, чем исходный расплав, собирается на дне электролизера, откуда его периодически извлекают.

      Рентабельность производства алюминия определяется доступностью и ценой электроэнергии, наличием сырьевых компонентов и их качеством.

      Мировая выплавка алюминия в 2022 году составила около 69 млн тонн, затрачивая на эти цели около 8-10 % вырабатываемой электроэнергии. По оценке аналитиков ежегодно мировое потребление алюминия увеличивается в среднем на 3,8 %, или более чем на 2200 тыс. тонн к объемам существующего производства. С 2002 года лидером по выплавке алюминия в мире является Китай. В 2019 году Китай выплавил более 36 млн тонн алюминия (более половины мирового производства). Следом за Китаем с большим отставанием идут Россия и Индия, они выплавляют примерно равное количество алюминия в год – порядка 3,6 млн тонн. Казахстан не входит в число лидеров по объемам ежегодного производства.

      Несмотря на то, что по итогам первого квартала 2021 года производство алюминия в Китае упало на 2 %, это не повлияло на его лидирующее место в мире. В 2020 году по данным РУСАЛ в Китае было произведено 35,71 млн тонн алюминия. В России большая часть предприятий по изготовлению алюминия расположена в Сибири. Общее количество произведенного алюминия в России в 2020 г. составило 3,62 млн т., в Индии в 2020 году было произведено 3,54 млн т.

      Долгое время лидером по производству алюминия в мире были США, вплоть до 2000 года.

      Полный список стран по выплавке первичного алюминия показано в таблице 1.1. В качестве основного источника статистики использовались данные USGS (геологическая служба США).

      Таблица 1.1. Список стран по выплавке первичного алюминия

№ п/п

Страна

Выплавка алюминия, тысяч тонн

Год


1

2

3

4

1

Мир

69 000

2022

2

Китай

40 000

2022

3

Индия

3700

2022

4

Россия

3600

2022

5

Канада

2900

2019

6

ОАЭ

2700

2019

7

Австралия

1600

2019

8

Бахрейн

1400

2019

9

Норвегия

1300

2019

10

США

1100

2019

11

Саудовская Аравия

916

2017

12

Исландия

870

2018

13

Малайзия

760

2017

14

ЮАР

716

2017

15

Бразилия

660

2018

16

Катар

650

2017

17

Мозамбик

577

2017

18

Германия

550

2017

19

Аргентина

433

2017

20

Франция

430

2017

21

Испания

360

2017

22

Иран

338

2017

23

Новая Зеландия

337

2017

24

Румыния

282

2017

25

Египет

279

2017

26

Казахстан

256

2017

27

Оман

253

2017

28

Индонезия

219

2017


      Страны лидеры по экспорту и импорту алюминия

      Крупнейшим экспортером алюминия в мире на начало 2020 года является Канада. В долларовом эквиваленте Канада экспортировала алюминия на сумму более 5.3 млрд долларов. Также в пятерку крупнейших экспортеров алюминия в мире входят Нидерланды, ОАЭ, Россия и Индия.

      Таблица 1.2. Полный список стран по экспорту алюминия 

№ п/п

Страна

Экспорт алюминия, млн $

1

2

3

1

Канада

5349

2

Нидерланды

5115.8

3

ОАЭ

5113.2

4

Россия

4640.9

5

Индия

3819.7

6

Норвегия

2802.1

7

Австралия

2775.2

8

Малайзия

2003.2

9

Бахрейн

1931.5

10

Исландия

1429.3

11

Катар

1291.6

12

Китай

1100.5

13

США

1050.4

14

ЮАР

1009.7

15

Саудовская Аравия

967.8

16

Германия

957.7

17

Мозамбик

940.3

18

Италия

751.1

19

Новая Зеландия

652.9

20

Франция

578.2


      Крупнейшие импортеры алюминия в мире (в скобках указана доля от мирового импорта):

      США (12.6 %);

      Германия (9.1 %);

      Япония (4.5 %);

      Нидерланды (4.5 %);

      Франция (3.9 %);

      Мексика (3.9 %);

      Италия (3.6 %);

      Южная Корея (3.6 %);

      Китай (3.3 %);

      Великобритания (2.9 %).

     


      Рисунок 1.1. Выплавка первичного алюминия в мире, млн т

      (Источник: Primary Aluminium Production - International Aluminium Institute (international-aluminium.org))

1.2. Общая информация о рассматриваемой отрасли промышленности

1.2.1. Бокситовое рудоуправление

      В Казахстане основным видом алюминиевого сырья являются бокситы. Месторождения бокситов по географическому и геолого-структурному положению находятся в восьми бокситоносных районах: Западно-Торгайском, Центрально-Торгайском, Восточно-Торгайском (Амангельдинском), Акмолинском (Целиноградском), Экибастуз-Павлодарском, Северо-Кокшетауском, Мугоджарском и Южно-Казастанском. В Западно-Торгайском и Центрально-Торгайском бокситоносных районах выявлены наиболее крупные месторождения бокситов: Краснооктябрьское, Белинское, Восточно-Аятское и Таунсорское. Наиболее высоким качеством отличаются бокситы Амангельдинской группы месторождений Восточно-Торгайского бокситоносного района. Алюминиевые руды добываются в Костанайской области на рудниках АО "Алюминий Казахстана", входящего в группу компаний Eurasian Resources Group (ERG), в 2019 и 2020 г. добыто 3236 и 3970 тыс. тонн бокситов соответственно.

      Месторождения бокситов расположены от центральной базы рудника (п. Октябрьский) на расстоянии до 90 км. В районах расположения рудников развита сеть шоссейных и железных дорог. Поселки и существующие промышленные площадки КБРУ соединены грейдерными и асфальтированными дорогами.

      Белинский рудник бокситов расположен в Тарановском районе Костанайской области Республики Казахстан в 30 км южнее пос. Октябрьский. По состоянию на 2020 г. рудник не эксплуатировался, поэтому не рассматривается в настоящем справочнике по НДТ.

      Красногорский рудник расположен на территории Камыстинского района Костанайской области Республики Казахстан. Работы на руднике ведутся с 70-х годов. Ближайшие населенные пункты промплощадки расположены: областной центр г. Костанай – в 170 км на северо-восток, районный центр п. Камысты – в 50 км на запад, ближайшие населенные пункты Каиндыколь, Красногорск, Краснооктябрьский и г. Лисаковск – на расстоянии более 1 километра. Месторождения открыты в 1964 году, в эксплуатации с 1979 года. Кроме месторождения бокситов в районе отрабатываются месторождения оолитовых и магнетитовых руд Лисаковское и Куржункульское, располагающиеся в 30 км к северу, и месторождение цинка Шаймерден – в 20 км к югу.

      Аятское и Восточно-Аятское месторождения бокситов находятся в Тарановском районе Костанайской области Республики Казахстан, в 70 км к юго-западу от областного центра г. Костаная, в 10–30 км северо-восточнее п. Октябрьский.

      В 7–10 км к западу от Восточно-Аятского месторождения бокситов проходит железнодорожная линия, связывающая г. Рудный со станцией Тобол, к югу – железнодорожная магистраль Карталы-Астана, а на расстоянии около 1 км юго-восточнее от карьера №6 ВАМ – рудничная железнодорожная станция "Восточная". Расстояние по железной дороге от ст. Тобол до г. Павлодара – 1 200 км.

      Таблица 1.3. Единый технологический процесс КБРУ

№ п/п

Рудник

Наименование Единого технологического процесса

Наимено-вание продукции

Ед. изм.

Объемы годового производства

макс.

мин.

1

2

3

4

5

6

7

1

Красногорский бокситовый рудник

Добыча полезных ископаемых

Боксит

тонна

3 274 219

1 802 539

2

Аятский бокситовый рудник

989 797

303 388

3

Восточно-Аятское месторождение

1 285 100

546


      Восточно-Аятское месторождение бокситов находится в Тарановском районе Костанайской области Республики Казахстан, в 70 км к юго-западу от областного центра г. Костанай, в 10–30 км северо-восточнее п. Октябрьский. В поселке Октябрьский расположен филиал АО "Алюминий Казахстана" –Краснооктябрьское бокситовое рудоуправление (КБРУ).

      Восточно-Аятское месторождение по запасам относится к крупным. Месторождение находится в северной части Краснооктябрьской бокситоносной зоны, расположенной в Валерьяновском синклинории, имеющем ширину 100 км, северо-северо-восточное простирание и прослеживающимся более 40 км вдоль Торгайского прогиба.

      Рудные тела Восточно-Аятского месторождения расположены на 9 рудных участках, каждый из рудных участков представляет собой единый контур распространения меловых бокситоносных отложений, объединяющих одно или несколько рудных тел. В плане рудные тела имеют вытянутую и изометричную формы. В вертикальном разрезе рудные тела имеют преимущественно линзообразные, конусообразные, гнездообразные и карманообразные формы. Линзообразная или выпукло-линзообразная формы характерны для основных рудных тел, второстепенные рудные тела имеют гнездообразную и конусообразную форму со значительными мощностями при малой площади.

      Балансовые запасы месторождения бокситов включают три литологических типа руд: каменистые 43,7 %, глинистые 33,0 %, рыхлые 20,1 % и безрудные прослои 3,2 % (некондиционные бокситы и гиббсит-каолинитовые глины). Средний минеральный состав бокситов месторождения по данным пересчета химических анализов следующий: гиббсит – 56,9 %, каолинит – 17,9 %, гематит и гетит в сумме – 19,8 %, титановые минералы – 2,4 %, сидерит – 2,5 %. В качестве примесей встречаются – бемит (до 2,5 %), корунд (до 1–3 %), маггемит, магнетит, кальцит, пирит, шамозит, нордстрандит, диаспор, байерит и др.

      К бокситоподобным породам отнесены некондиционные по кремневому модулю или содержанию глинозема каменистые, рыхлые разности. Эти породы образованы за счет дебокситизации в верхних частях разреза бокситоносных отложений каменистых и рыхлых бокситов, вызванной интенсивной сидеритизацией и каолинизацией. В бокситовой породе высокое содержание кремнезема и двуокиси углерода.

      Бокситы Восточно-Аятского месторождения характеризуются пестрым составом, обусловленным неравномерным распространением природных типов руд и наложенными процессами. Кремнезем отличается наибольшей изменчивостью. Его содержание по рудным телам от 2,9 % (р.т.24д) до 15,8 % (р.т. 41в), а по карьерам от 4,9 % (к.1) до 10,1 % (к.5).

      Глинозем распределен в рудах равномерно. Балансовые рудные тела содержат 42–46 % глинозема. Основным глиноземcодержащим минералом является гиббсит, но часть глинозема распределена в гидроалюмосиликатах (каолините, галлуазите, шамозите), а также окислах и гидроокислах алюминия: корунде, бемите, диаспоре, нордстрандите и байерите, алюмогетите.

      Железо валовое распределено неравномерно. Наибольшее содержание окислов железа установлено в красно-бурых каменистых бокситах (до 30 %) и наименьшее – в осветленных палево-белых разностях и сероцветных углистых бокситах (4–5 %). Несмотря на большое влияние наложенных процессов, все же наблюдается определенная тенденция к увеличению окислов железа по мере уменьшения количества глинистых бокситов и увеличения каменистых разностей.

      Содержание двуокиси титана в рудах колеблется в пределах 2–2,8 %. Двуокись углерода распределена в бокситах месторождения очень неравномерно.

      Вмещающими рудные тела породами в основном являются бокситовые глины и пестроцветные глины, реже боксит-каолинитовые, лигнитовые глины и бокситоподобные породы. Они же являются и разубоживающими породами.

      Среди балансовых руд статистически выделены три сорта: бокситы, предназначенные для производства глинозема (62,1 %), электрокорунда (29,5 %) и мартеновского производства (8,4 %).

      Распределение бокситов, пригодных для производства электрокорунда, весьма прихотливо и в целом зависит от содержания в рудах каменистых разностей.

      Мартеновские сорта бокситов имеют подчиненное значение. Их содержание колеблется от долей процента до 6–9 % и редко превышает 10 %.

      Наибольшее количество глиноземных бокситов в рудных телах карьеров составляет 89,0 %, минимальное – 47,1 %.

      В бокситах присутствует большое количество микроэлементов, концентрации которых в 2-3 и более превышает их содержание в земной коре. Содержание этих элементов обычно низкое и колеблется от нескольких граммов до сотен граммов на тонну, но, несмотря на это, они могут накапливаться в оборотных щелочных растворах в количествах, представляющих практический интерес как ценные побочные продукты глиноземной промышленности.

1.2.2. Глиноземное производство

      В 2020 году мировой выпуск глинозема достиг 134 млн т по сравнению с 132 млн т в 2019 году (+1,41 %). По прогнозам исследовательских агентств до 2025 года рынок оксида алюминия будет расти. Ожидается, что в течение 2018 - 2023 гг. на мировом рынке оксида алюминия CAGR (совокупный ежегодный темп роста) составит около 4,6 %. Среди стран поставщиков на мировом рынке глинозема (оксида алюминия) International Metallurgical Research Group выделяет Австралию с долей 46,36 %, Бразилию – 20,02 %, Ирландию – 4,47 %, а также: Индию, Индонезию, Германию, Испанию, США и Казахстан, который занимает 12 место в мировом рейтинге стран объҰмам запасов бокситов.

      АО "Алюминий Казахстана" – единственный производитель товарного глинозема в Казахстане, входит в число десяти ведущих производителей глинозема в мире. Возможности и основная продукция: производство и реализация глинозема, добыча, переработка и реализация бокситов, известняка, огнеупорных глин, щебня. Также предприятие имеет технологические возможности производства галия, сульфата алюминия (ранее эти продукты производились, но в настоящее время ввиду низких цен производство приостановлено). Основное направление деятельности предприятия – добыча и переработка бокситов, которые затем используются для получения металлургического глинозема, производимого по схеме "Байер-спекание".

      Наименование технологического процесса и годовые объемы производства приведены в таблице 1.4.

      Таблица 1.4. Единый технологический процесс производство глинозема

№ п/п

Наименование единого технологического процесса

Наименование продукции

Единица измерения

Объемы годового производства

макс

мин

1

2

3

4

5

6

1

Производство глинозема методом последовательно-параллельного варианта Байер-спекания

Глинозем (Al2O3)

тонна

1 509 052

1 383 349


1.2.3. Производство первичного алюминия

      В Казахстане выплавка алюминия производится на предприятии АО "Казахстанский электролизный завод" с проектной мощностью 250 тыс. тонн/год. В 2019 и 2020 гг. предприятием было произведено 263 тыс. тонн и 265 тыс. тонн соответственно.

      Основные технические сооружения и установки перечислены в таблице 1.5.

      Таблица 1.5. Технические сооружения АО "КЭЗ"

№ п/п

Технические сооружения

Этап I

Этап II

1

2

3

4

1

Корпуса электролиза (два)

+

+

2

Установка газоочистки корпуса электролиза

+

+

3

Трансформаторно-выпрямительная подстанция

+


4

Открытая подстанция с напряжением ввода 220 кВ

+


5

Цех монтажа анодов

+


6

Литейное отделение

+

+

7

Установка для производства "зеленых" анодов


+

8

Печь для обжига анодов


+

9

Установка газоочистки печи для обжига анодов


+

10

Вспомогательная подстанция с напряжением ввода 10 кВ

+


11

Здание для замены футеровки электролизеров

+


12

Здание для технического обслуживания подъемных кранов

+


13

Компрессорная

+


14

Установка водоподготовки

+


15

Станция очистки сточных вод

+



      Продукцией завода являются 20-киллограммовые алюминиевые чушки марки А7, А8. На заводе применяется технология предварительно обожженного анода.

      В таблице 1.6 представлены действующие в Казахстане предприятия алюминиевой промышленности, год ввода в эксплуатацию, производительность и применяемые технологии электролиза.

      Таблица 1.6. Перечень предприятий алюминиевой промышленности Республики Казахстан

№ п/п

Предприятие

Место расположения

Год ввода в эксплуатацию

1

2

3

4

1

КБРУ

Костанайская область, г. Лисаковск, пос. Октябрьский

1964
 

2

АО "Алюминий Казахстана"

Павлодарская область, г. Павлодар

1964

3

АО "КЭЗ"

Павлодарская область, г. Павлодар

2007


1.3. Характеристика сырья, основных и вспомогательных материалов, используемых при производстве алюминия

      В производстве алюминия применяются следующие виды сырья и материалов:

      боксит;

      известняк;

      каустическая сода;

      сода кальцинированная;

      глинозем;

      криолит искусственный технический;

      фтористый кальций;

      техническая кальцинированная сода;

      обожженные аноды;

      технологическая электроэнергия;

      фторид алюминия;

      каменноугольный пек;

      мазут М 100;

      нефтяной кокс.

      Бокситы – алюминиевая руда, состоящая из гидроксидов алюминия, оксидов железа и кремния, сырье для получения глинозема и глиноземосодержащих огнеупоров. Бокситы являются основным сырьем при производстве алюминия. Они представляют собой горную породу, в состав которой входят оксид алюминия и другие различные минеральные примеси. Сырье имеет высокое качество, если оно содержит в себе свыше 60 % оксида алюминия.

      Известняк – осадочная, обломочная горная порода биогенного, реже хемогенного происхождения, состоящая преимущественно из карбоната кальция в виде кристаллов кальцита различного размера. Известняк используется в качестве флюса при доменной выплавке руды железа, цветных металлов, производстве алюминия как шихта и в качестве вспомогательного технологического сырья.

      Каустическая сода – гидроксид натрия, продукт химического синтеза, в природе такого вещества не существует. Едкий натр NaOH (молекулярный вес 40,0) является сильной щелочью, называемой в быту каустической содой. Он нашел применение в производстве глинозема – полупродукта для получения металлического алюминия.

      Сода кальцинированная – общее название технических натриевых солей угольной кислоты.

      Na2CO3 (карбонат натрия) – кальцинированная сода, бельевая сода.

      Na2CO3·10H2O (декагидрат карбоната натрия, содержит 62,5 % кристаллизационной воды) – стиральная сода; иногда выпускается в виде Na2CO3·H2O или Na2CO3·7H2O.

      NaHCO3 (гидрокарбонат натрия) – пищевая сода, бикарбонат натрия. Кальцинированная сода широко применяется в металлургии. Большое количество соды кальцинированной (карбоната натрия) используется в цветной металлургии в основном при производстве глинозема для восполнения щелочного баланса.

      Глинозем – технический оксид алюминия (100 %), представляет собой кристаллический гигроскопичный порошок белого цвета. Глинозем не токсичен, пожаро- и взрывобезопасен. Насыпная плотность 0,9 т/м3, влажность 0,0 %. Для питания ванн используется первичный глинозем, поставляемый заводами производителями, и вторичный глинозем, поступающий из сухой газоочистки. На АО "КЭЗ" используется глинозем с АО "Алюминий Казахстана". Первичный глинозем должен удовлетворять требованиям к химическому составу в соответствии с таблицей 1.7.

      Таблица 1.7. Требования к химическому составу глинозема

№ п/п

Компонент

Содержание, %. масс

1

2

3

1

Al2O3

> 98,4

2

SiO2

<0,04

3

Fe2O3

<0,03

4

Na2O

<0,66

5

TiO2

<0,005

6

V2O5

<0,003

7

P2O5

<0,003

8

ZnO

<0,005

9

Содержание альфа-Al2O3

25-35


      В глиноземе не допускается наличие видимых невооруженным глазом посторонних включений, технологически не связанных с производством. Глинозем должен удовлетворять требованиям к физическим свойствам в соответствии с таблицей 1.8.

      Таблица 1.8. Требования к физическим свойствам глинозема

№ п/п

Показатель

Ед. изм

Величина

1

2

3

4

1

Удельная площадь поверхности

м2

> 35

2

Содержание фракции -325 меш

%

<12

3

Потери при прокаливании (LOI)

%

> 1,0


      В воде глинозем не растворяется. В электролите растворяется 2–4 % глинозема. Скорость растворения глинозема в электролите зависит от размеров и форм частиц (гранулометрического и фракционного состава) и фазового состава (содержание альфа и гамма модификаций). Модификациями называются такие формы вещества, которые при одинаковом химическом составе имеют различные физико-химические свойства.

      Альфа глинозем (a-фракция (корунд)) – безводная форма окиси алюминия с плотностью 4 г/см3;

      Гамма глинозем (g глинозем) содержит 1-2 % влаги, гигроскопичен и имеет плотность 3,4 г/см3, при температуре 1000-1200 °С переходит в a-модификацию.

      При одинаковом фракционном составе хуже растворяется глинозем, содержащий больше a-модификаций.

      Нежелательно присутствие в глиноземе влаги. Влага с A1F3 образует вредный для здоровья фтористый водород HF:

      2AlF3 + ЗН20 = Al2O3+ 6HF

      Криолит искусственный технический (A1F3х nNaF) мелкокристаллический порошок от слабо-розового до серовато-белого цвета. Искусственный криолит пожаро- и взрывобезопасен, токсичен. Криолит искусственный технический должен удовлетворять требованиям к химическому составу в соответствии с таблицей 1.9 (в пересчете на сухое вещество).

      Таблица 1.9. Требования к химическому составу искусственного технического криолита

№ п/п

Компонент

Содержание, %. масс

1

2

3

1

F

≥54

2

A1

≤18

3

Na

≥23

4

SiO2

≤0,5

5

Fe2O3

≤0,06

6

SO4-2

≤0,5


      Содержание влаги в искусственном техническом криолите не должно превышать 0,2 % масс. Величина криолитового модуля определяется по результатам химического анализа по формуле: n = 1,174 Na / А1, где: n - модуль криолита, Na - содержание натрия в криолите, % масс., А1 - содержание А1 в криолите, % масс., 1,174 - коэффициент, учитывающий соотношение атомных масс алюминия и натрия. Также нежелательно присутствие в глиноземе и окислов щелочных (K, Na) и щелочноземельных (Ca, Mg) металлов, или их содержание должно быть стабильное, т. к. они, вступая во взаимодействие с AIF3, разлагают его и тем самым изменяют состав электролита, повышая криолитовое отношение и вызывая необходимость дополнительной корректировки (отдачи).

      3Na20 + 2A1F3 = А1203 + 6NaF

      Фтористый кальций должен удовлетворять требованиям к химическому составу в соответствии с таблицей 1.10.

      Таблица 1.10. Требования к химическому составу фтористого кальция

№ п/п

Компонент

Содержание, %. масс

1

2

3

1

CaF

≥54

2

SiO2

≤18

3

S

3

4

P

≥23

5

Влага

≤0,5


      Техническая кальцинированная сода должна удовлетворять требованиям к химическому составу в соответствии с таблицей 1.11 (в пересчете на прокаленное вещество).

      Таблица 1.11. Требования к химическому составу кальцинированной соды

№ п/п

Компонент

Содержание, %. масс

1

2

3

1

Карбонат натрия

≥99,4

2

Карбонат натрия в пересчете на непрокалҰнный продукт

≥99,4

3

Потери при прокаливании

≤0,5

4

Хлориды в пересчете на хлорид натрия

≤0,45

5

Железо в пересчете на Fe203

≤0,005

6

Вещества нерастворимые в воде

≤0,03

7

Сульфаты в пересчете на Na2S 04

≤0,04


      Обожженные аноды. Аноды изготавливаются с использованием нефтяного кокса с добавлением анодных огарков к коксовой шихте, способом виброформования с последующим длительным прогревом до температуры 1250 °С в специальных обжиговых печах.

      Химический состав обожженного анода – углерод 98 %, сера 2 %.

      Агрегатное состояние – твердый, прямоугольной формы 1600*700*570 мм.

      Плотность 1,56 т/м3.

      УЭС не более 58 мкОм*м.

      Масса обожженного анодного блока должна составлять 910 ± 10 кг. Основным компонентом блоков является углерод. По химическому составу блоки должны удовлетворять требованиям, приведенным в таблице 1.12.

      Таблица 1.12. Химический состав анода

№ п/п

Содержание примесей, % не более

Значение

1

2

3

1

S

1,5

2

V

0,013

3

Na

0,013

4

Si

0,03

5

Fe

0,04

6

Ni

0,025

7

Ti

0,01

8

Zn

0,01

9

Pb

0,01

10

Ca

0,01

11

K

0,0015


      Фторид алюминия – неорганическое бинарное соединение алюминия и фтора. Фторид алюминия представляет собой бесцветное или белое кристаллическое вещество. При сильном нагревании возгоняется без разложения. Химическая формула – AlF3, его свойства:

      химический состав: алюминий 32 %, фтор 60 %;

      насыпная плотность 1,4 т/м3;

      потери при прокаливании не более 0,15 %.

      Каменноугольный пек:

      химический состав – углеводороды;

      агрегатное состояние – расплавленный, жидкий;

      плотность 1,3 т/м3;

      температура размягчения по методу Меттлер 110-125 °С;

      зольность не более 0,3 %.

      Мазут М 100 – это остаточный продукт, образованный путем выделения из нефти бензиновых, керосиновых, газойлевых и других фракций.

      химический состав – углеводороды;

      агрегатное состояние – жидкий;

      зольность не более 0,14 %;

      массовая доля воды не более 1 %.

      Нефтяной кокс – твердый пористый продукт от темно-серого до черного цвета, получаемый при коксовании нефтяного сырья.

      В алюминиевой промышленности кокс служит восстановителем (анодная масса) при выплавке алюминия из алюминиевых руд (бокситов), имея следующие свойства:

      химический состав – углерод 97 %, сера 3 %;

      агрегатное состояние – твердый, сыпучий;

      насыпная плотность 0,8-1 т/м3;

      содержание влаги не более 0,5 %;

      удельный расход кокса 550–600 кг/т алюминия.

      Таблица 1.13. Состав и качественные характеристики сырья, материалов и энергоресурсов

№ п/п

Наименование сырья, материалов и энергоресурсов

Объем годового потребления

Химический состав, %

Агрегатное состояние при доставке

Физические параметры

ед. изм.

макс

мин


1

2

3

4

5

6

7

8

2


Технологический процесс: производство алюминия первичного

3



Технологический этап: электролизное производство алюминия

4




анод обожженный

тонн

149000,

132000,

углерод 98 %, сера 2 %

твердый, прямоугольной формы 1600*700*570 мм

плотность 1,56 т/м3, не более 58мкОм*м

5




глинозем

тонн

522000,

482000,

оксид алюминия 100 %

порошок

насыпная плотность 0,9 т/м3, влажность 0,0 %

6




Технологическая электроэнергия

кВт*ч

4061884834,

3032987833,

-

-

переводной коэффициент в т.у.т- 0,000123

7




фторид алюминия

тонн

5800,

4300,

Алюминий 32 %, Фтор 60 %

порошок

насыпная плотность 1,4 т/м3, потери при прокаливании не более 0,15 %,

8


Технологический процесс: производство обожженных анодов

9



Технологический этап: основной цех по производству обожженных анодов

10




каменноугольный пек

тонн

27000,

23000,

углеводороды

расплавленный, жидкий

плотность 1,3 т/м3, температура размягчения по методу Меттлер 110–125 град. С, зольность не более 0,3 %,

11




мазут М 100

тонн

9000,

7900,

углеводороды

жидкий

зольность не более 0,14 %, массовая доля воды не более 1 %,

12




нефтяной кокс

тонн

109000,

104000,

Углерод 97 %, Сера 3 %

твердый, сыпучий

насыпная плотность 0,8–1 т/м3, содержание влаги не более 0,5 %

13




Электроэнергия цеха по производству электродов

кВт*ч

48487840,

38382415,

-

-

переводной коэффициент в т.у.т- 0,000123

1.4. Производственные мощности алюминиевой отрасли Казахстана

      Таблица 1.14. Производственные мощности алюминиевой отрасли Казахстана

№ п/п

Предприятие

Продукция

Выпуск в 2016-2020гг., тонн

макс

мин

1

2

3

4

5

1

Глиноземный завод

Глинозем марки Г-00

1 509 052

1 393 411

2

Электролизный завод

Алюминий первичный

270 000

250 000


      Единственным центром добычи алюминиевых руд в стране является Костанайская область. Крупнейшее предприятие отрасли, занимающееся добычей и обогащением бокситов в Костанайской области – А2. Это единственная в Казахстане компания, выпускающая сырье для производства алюминия – глинозем. Объем добычи бокситов за 2021 год составил 4,058 млн тонн [9].

      В Казахстане разведано свыше 20 месторождений бокситов, при этом разрабатывается – 10. Основная часть запасов республики (около 90 %) сосредоточена в месторождениях, находящихся на территории Костанайской области в Торгайской бокситоносной провинции. В ней выделяются три бокситоносных района: Западно, Восточно и Центрально-Торгайский, в которых заключено, соответственно, 86,9 %, 5,3 % и 7,8 % запасов провинции.

      Торгайское бокситовое рудоуправление (ТБРУ) разрабатывало бокситы Восточно-Тургайской группы (Аркалыкское, Северное, Нижнее-Ашутское, Верхнее-Ашутское, Уштобинское месторождения). В настоящее время все работы на ТБРУ остановлены ввиду выработки всех запасов.

      Краснооктябрьское бокситовое рудоуправление (КБРУ) – бокситы Западно-Тургайской группы (Белинское, Аятское, Краснооктябрьское, Увалинское и Красногорское месторождения).

      ТБРУ и КБРУ входят в состав АО "Алюминий Казахстана". Сырьевая база компании оценивается как устойчивая, запасы бокситовых руд на осваиваемых и перспективных месторождениях достаточны для работы предприятия в течение как минимум 50 лет.

      Балансовые запасы месторождения бокситов включают три литологических типа руд: каменистые 43,7 %, глинистые 33,0 %, рыхлые 20,1 % и безрудные прослои 3,2 % (некондиционные бокситы и гиббсит-каолинитовые глины). Средний минеральный состав бокситов месторождения по данным пересчета химических анализов следующий: гиббсит – 56,9 %, каолинит – 17,9 %, гематит и гетит в сумме – 19,8 %, титановые минералы – 2,4 %, сидерит – 2,5 %. В качестве примесей встречаются – бемит (до 2,5 %), корунд (до 1–3 %), маггемит, магнетит, кальцит, пирит, шамозит, нордстрандит, диаспор, байерит и др.

      К бокситоподобным породам отнесены некондиционные по кремневому модулю или содержанию глинозема каменистые, рыхлые разности. Эти породы образованы за счет дебокситизации в верхних частях разреза бокситоносных отложений каменистых и рыхлых бокситов, вызванной интенсивной сидеритизацией и каолинизацией. В бокситовой породе высокое содержание кремнезема и двуокиси углерода.

      Глинозем распределен в рудах равномерно. Содержание глинозема в руде 42–46 %. Основным глиноземcодержащим минералом является гиббсит, но часть глинозема распределена в гидроалюмосиликатах (каолините, галлуазите, шамозите), а также окислах и гидроокислах алюминия: корунде, бемите, диаспоре, нордстрандите и байерите, алюмогетите.

      Таблица 1.15. Запасы бокситовых руд в Казахстане

№ п/п/

Минерал

Балансовые запасы, тыс. т

Мировой рейтинг, запасы

Место в мире по содержанию
металла в руде

Мировой рейтинг, производство

Доля в мировом объеме

1

2

3

4

5

6

7

1

Бокситы

365 400

10

н/д

8

1,7 %

      источники: Казахстанский горно-промышленный портал (http://www.mining.kz); Геологическая служба США USGS 2018, АО "НК "Kazakh Invest", данные на 2021 г.

      Таблица 1.16. Производство промышленной продукции в производстве алюминия в натуральном выражении в Республике Казахстан за 2021 год

№ п/п

Показатель

Объем

1

2

3

1

Руды алюминиевые (бокситы), тыс. тонн

4 057,8

2

Алюминий необработанный; оксид алюминия, тыс. тонн

1 594


      Таблица 1.17. Динамика добычи бокситов на КБРУ, тыс. тонн

№ п/п

Наименование продукции

2016

2017

2018

2019

2020

1

2

3

4

5

6

7

1

Красногорский бокситовый рудник

2 281,000

2 650,000

3 274,220

1 802,539

2867,355

2

Аятский бокситовый рудник

0,000

0,000

303,388

413,592

1102,849

3

Восточно-Аятское месторождение

1 123,300

1 285,100

1 120,343

1 020,199

0,546


      Таблица 1.18. Динамика производства глинозема, тонн/год

№ п/п

Наименование продукции

2016

2017

2018

2019

2020


1

2

3

4

5

6

7

1

Переработано боксита

3 931 396

3 940 698

3 868 589

3 657 406

3 693 079

2

Выпущено глинозема

1 500 013

1 509 052

1 480 991

1 393 411

1 383 349


      Электролизный завод является единственным производителем первичного алюминия в Казахстане и до его запуска цикл производства алюминия завершался на этапе производства глинозема. Конечная продукция АО "КЭЗ" – алюминиевые чушки (слитки). Около 90 % продукции завода идет на экспорт в более чем 20 стран мира (около 70 % в страны Европы).

      Кроме того, в последние годы появились также предприятия, которые используют алюминий для дальнейшей переработки. Например, с 2019 года АО "КЭЗ" поставляет жидкий алюминий для павлодарского завода Giessenhaus, выпускающего диски для автомобильных колес. Всего за десять первых лет работы АО "КЭЗ" выпустил более 2 млн тонн первичного алюминия.

      Потребности в электричестве для обеспечения производства алюминия велики и составляют до 40 % в себестоимости продукции. Доля казахстанского содержания на заводе доходит до 90 % (электроэнергия, глинозем, аноды и другие составляющие).

      Проектная мощность завода по производству алюминия составляет 270 тыс. тонн первичного алюминия в год с производством обожженных анодов 136,250 тыс. тонн в год. Динамика изменения фактической мощности представлена в таблице.

      Таблица 1.19. Динамика производства АО "КЭЗ", тонн/год

№ п/п

Наименование продукции

2016

2017

2019

2020

1

2

3

4

5

6

1

Алюминий первичный СТ АО 40494160-019-2016

235 566

254 993

258 420

263 066

2

Обожженные аноды СТ АО 40494160-028-2018

129 657

137 659,7

133 705

141 354,7


1.5. Энергоэффективность

      Энергоэффективность в контексте выдачи комплексных разрешений является "горизонтальной" проблемой, относящейся к любым отраслям и технологическим процессам.

      Потребление энергии является важным аспектом при производстве первичного алюминия в силу следующих взаимосвязанных причин:

      изменение климата: сжигание ископаемого топлива для получения энергии является основным антропогенным источником парниковых газов;

      продолжающееся масштабное потребление невозобновляемых запасов ископаемого топлива и необходимость обеспечения устойчивости;

      введение углеродного налога на экспортную продукцию: повышение себестоимости и риск потери доли рынка.

      Повышение эффективности использования энергии является наиболее быстрым, результативным и экономически эффективным подходом к достижению этих целей.

      Директива IPPC требует эффективного использования энергии при эксплуатации любых установок, и энергоэффективность является одним из критериев, используемых при определении НДТ для любого производственного процесса.

      Рациональное использование энергии и повышение энергоэффективности потребителей – два основных требования закона об энергосбережении и повышении энергоэффективности Республики Казахстан [11]. Поэтому повышение энергоэффективности играет важную роль, выступая в качестве индикатора воздействия процесса на окружающую среду.

      Вопросы повышения энергоэффективности и использования энергии при оценке НДТ в цветной металлургии в целом и при производстве алюминия в частности имеют существенное значение.

      Себестоимость производства алюминия формируется из комплекса составляющих, среди которых наибольший вес имеют затраты на электроэнергию (около 35 %). Также при производстве продукции цветной металлургии потребляются тепловая энергия и топливо (мазут, уголь, природный газ, дизельное топливо и т.д.).

      Котельно-печное топливо (уголь, мазут, природный газ и т.д.) используется для выработки тепловой и электрической энергии, а также для технологических нужд предприятия.

      Используемое в горном производстве электрическое оборудование можно разделить на следующие группы:

      устройства для передачи и распределения электроэнергии: линии электропередачи, трансформаторы, кабели;

      электрическое оборудование: электродвигатели, осветители и ручные инструменты;

      оборудование для управления, контроля, связи и автоматизации.

      В процессе добычи и транспортировки руды электроэнергия расходуется на следующие объекты:

      электрогидравлические рабочие машины (бурильные установки, крепление кровли и стенок выработок, машины для торкретирования бетоном);

      транспортеры;

      подъемники руды;

      производство сжатого воздуха,

      вентиляция.

      Также топливно-энергетические ресурсы расходуются на погрузочное и транспортное оборудование, отопление и освещение участков рудника.

      Потребление энергии в обогатительных процессах определяется в первую очередь объемом перерабатываемой руды, используемыми процессами обогащения и необходимым для этого оборудованием. Обычно самые мощные электродвигатели используются при измельчении руды. Поэтому потребление энергоресурсов сильно зависит от особенностей руды и необходимого технологического процесса. Если руда твердая, то на ее отделение, измельчение и размол требуется значительно больше энергии, чем на обработку мягкой руды.

      При производстве алюминия показатель расхода электроэнергии зависит от типа электролизера и выхода по току, который является основным показателем технологической работы электролизера и определяет степень полезного использования тока.

      Применение ресурсосберегающих технологий направлено на снижение себестоимости продукции, а также рациональное использование ресурсов.

1.5.1. Показатели использования энергии в производстве алюминия

      Для определения удельного расхода энергетических ресурсов на единицу выпускаемой продукции необходимы годовые объемы производства продукции и потребление энергетических ресурсов.

      Открытая добыча бокситов [10]

      В таблице 1.20 приведены данные по удельным уровням потребления сырьевых материалов для основного единого технологического процесса на единицу производимой продукции предприятия А1/2.

      Таблица 1.20. Удельные уровни потребления сырьевых материалов для основного единого технологического процесса на единицу производимой продукции предприятия А1/2

№ п/п

Наименование продукции

Ед.
изм.

Наименование сырья и материалов, поступающих в производство

ОбъҰм производства

Объем годового потребления

Расход на единицу продукции конечной продукции или оказанной услуги

макс

мин

ед.
изм.

макс

мин

макс

мин

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

1

Предприятие: А1/2 рудник 1

2


Наименование: добыча полезных ископаемых

3



Боксит

тонн

Бензин

3274219

1802539

тонн

49

43

0,000027

0,000013

4



тонн

Дизельное топливо

3274219

1802539

тонн

11 868

7 322

0,006584

0,002236

5



тонн

Факт потребления электроэнергии за период 2016–2020 гг.

3274219

1802539

квт.ч

73 777 434

649 745

40,93

0,20

6

Предприятие: А1/2 рудник 2

7


Наименование: добыча полезных ископаемых

8



Боксит

тонн

Бензин

989797

303388

тонн

49

43

0,000162

0,000044

9



тонн

Дизельное топливо

989797

303388

тонн

5 791

2 080

0,019087

0,002101

10



тонн

Электроэнергия

989797

303388

квт.ч

1 093 866

109 839

3,61

0,11

11

Предприятие: А1/2 рудник 3

12


Наименование: добыча полезных ископаемых

13



Боксит

тонн

Бензин

1285100

546

тонн

49

49

0,09009

0,00004

14



тонн

Дизельное топливо

1285100

546

тонн

4 888

2 570

8,95222

0,00200

15



тонн

Потребление электроэнергии

1285100

546

квт.ч

3 171 079

1 124 311

5 807,84

0,87

      Сравнение уровней потребления сырья, топливно-энергетических ресурсов и воды при добыче бокситов из справочника BREF и ИТС 16–2016 приведено в таблице 1.21.

      Таблица 1.21. Сравнение удельных показателей расхода энергоресурсов


Параметр

Ед. изм

Уровни потребления

№ п/п

Справочник BREF

Добыча руд цветных металлов (открытая) ИТС 16–2016)

КБРУ (все рудники по данным ПАК)

1

2

3

4

5

6

1

Электроэнергия

квтч/т

-

10-15

0,11 - 5 807,84


      Производство глинозема [10]

      В таблице 1.22 приведены данные по удельным уровням потребления сырьевых материалов для основного единого технологического процесса на единицу производимой продукции предприятия А2.

      Таблица 1.22. Удельные уровни потребления сырьевых материалов для основного единого технологического процесса на единицу производимой продукции предприятия А2

№ п/п

Наименование продукции

Ед.
изм.

Наименование сырья и материалов, поступающих в производство

Объем производства

Объем годового потребления

Расход на единицу продукции конечной продукции или оказанной услуги

макс

мин

ед.
изм.

макс

мин

макс

мин

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

1

Предприятие: А2

2

Наименование: производство глинозема методом последовательно-параллельного варианта Байер-спекания

3

глинозем

тонн

Боксит

1509052

1393411

тонн

4105676

3485897

2,946493174

2,309991306

4

тонн

Красный шлам

1509052

1393411

тонн

2387648

2355871

1,713527452

1,561159589

5

тонн

мазут

1509052

1393411

тонн

163508

151610

0,117343698

0,100467048

6

тонн

Пар

1509052

1393411

Гкал

5037254

4777670

3,615052558

3,166007533

7

тонн

Сода кальцинированная, 100 %

1509052

1393411

тонн

168666

152967

0,121045406

0,101366288

8

тонн

Техническая вода

1509052

1393411

м3

8801816

8219236

6,316740718

5,446622118

9

тонн

Уголь на восстановление (кокс, антрацит)

1509052

1393411

тонн

118806

81012

0,085262711

0,053684035

10

тонн

Уголь на печи

1509052

1393411

тонн

787345

698705

0,565048647

0,463009227

11

тонн

Электроэнергия

1509052

1393411

кВт*ч

666301244

626047005

478,17997992

414,861121419

      Таблица 1.23. Сравнение удельных показателей расхода и энергоресурсов

№ п/п

Параметр

Ед. изм

Уровни потребления

Справочник BREF [9]

Байер-спекание (параллельный вариант, ИТС 11–2022)

Последовательно-параллельный вариант Байер- спекания (ПАЗ)

1

2

3

4

5

6

1

ТЭР

т.у.т./т Г

0,26 - 0,4

0,658 - 0,905

1,5 - 1,52


      Производство алюминия первичного и обожженных анодов [12]

      В таблице 1.24 приведены данные по удельным уровням потребления сырьевых материалов для основного единого технологического процесса на единицу производимой продукции предприятия А3.

      Таблица 1.24. Удельные уровни потребления сырьевых материалов для основного единого технологического процесса на единицу производимой продукции предприятия А3

№ № п/п

Наименование продукции

Ед.
изм.

Наименование сырья и материалов, поступающих в
производство

Объем производства

Объем годового потребления

Расход на единицу конечной продукции или оказанной услуги

макс

мин

ед.
изм.

макс

мин

макс

мин

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

1

Предприятие: А3

2

Наименование: производство алюминия первичного

3

Алюминий первичный СТ АО 40494160-019-2016

тонн

анод обожженный

270000

250000

тонн

149000,

132000,

0,596

0,488888889

4

тонн

глинозем

270000

250000

тонн

525000,

482000,

2,1

1,785185185

5

тонн

каменноугольный пек

270000

250000

тонн

27000,

23000,

0,108

0,085185185

6

тонн

мазут М 100

270000

250000

тонн

8600,

7900,

0,0344

0,029259259

7

тонн

фторид алюминия

270000

250000

тонн

5800,

4300,

0,0232

0,015925926

8

тонн

Электроэнергия

270000

250000

кВт*ч

4504803360,

3207642500,

18019,21344

11880,157407407

      Таблица 1.25. Удельный расход энергоресурсов

№ п/п

Наименование

Объем годового потребления

Технологические характеристики

ед. изм.

макс

мин

ед. изм.

макс

мин

1

2

3

4

5

6

7

8

1

Технологический процесс: производство алюминия первичного

2

Электрическая энергия

тыс. кВт·ч

4 061 885

3 032 988

кВт·ч/ т Al

15 044,02

12 131,95

3

т.у.т.

499 611,83

373 057,50

т.у.т./ т Al

1,85

1,49

4

Технологический процесс: производство обожженных анодов

5

Мазут (котельно-печное топливо, низшая теплота сгорания 9700ккал/кг)

тонна

9 000

7 900

т/т ОА

0,0604

0,05985

6

т.у.т.

12 475,80

10 950,98

-

-

-

7

Электрическая энергия

тыс. кВт·ч

48 488

38 382

кВт·ч/ т ОA

325,42

290,78

8

т.у.т.

5 964,00

4 721,04

-

-

-

9

Итого ТЭР:

т.у.т.

18 439,80

15 672,02

т.у.т./ т ОA

0,124

0,119


      Показатели энергоэффективности

      Показателем энергетической эффективности крупных технологических установок и производств является удельный расход энергетических ресурсов на единицу выпускаемой продукции. Приказом Министра по инвестициям и развитию Республики Казахстан от 31 марта 2015 года № 394 утверждены нормативы энергопотребления [13]. Нормативный расход электрической энергии, тепловой энергии и топлива по отрасли цветная металлургия приведен в таблице 1.26.

      Таблица 1.26. Нормативы расхода электроэнергии на единицу продукции

№ п/п

Наименование производства

Единица продукции

Удельный расход электроэнергии на единицу продукции, Киловатт-час


1

2

3

4

1

Обогатительные фабрики в цветной металлургии

тонна руды

35

2

Производство глинозема и анодной массы

3

глинозем

тонна

757

4

Анодная масса:

5

в среднем по крупным цехам

тонна

60

6

в среднем по мелким цехам

тонна

75

7

Производство алюминия

8

технологические операции, исключая электролиз

тонна

570

9

переплавка алюминия в электролитейном цехе

тонна

550

10

электролизные производства цветной металлургии

тонна


11

алюминий

тонна

19 000,
15 150*

12

алюминиевый прокат

тонна проката

6 000

13

алюминиевые трубы

тонна труб

12 000

14

алюминиевые листы

тонна

1 100

15

алюминиевая фольга

тонна

2 600

      * удельный расход, определяемый расчетом.

      Таблица 1.27. Сравнение фактического и нормативного расхода электроэнергии на единицу продукции

№ п/п

Производство / Предприятие

Расход энергии на тонну руды, кВт-ч/т

Норматив

КТА

1

2

3

4

1

Производство алюминия первичного

19 000,
15 150

15 044,02

2

Производство обожженных анодов

60-75

325,42

3

Производство глинозема

757

478,18


      Согласно таблице 1.27 фактический расход электроэнергии на единицу продукции при производстве обожженных анодов более чем в 4 раза превышает нормативный.

      Направления повышения энергоэффективности

      Как показывает мировая практика одним из методов повышения энергоэффективности является наличие системы энергоменеджмента, описанная в международном стандарте ISO 50 001 [14] или национальном стандарте СТ РК ИСО 50 001 [15].

      В современных условиях мероприятия, направленные на повышение энергетической эффективности, можно условно разделить на три группы:

      интенсивное энергосбережение – сокращение газонаполненности электролита, рационализация системы питания электролизера и повышение интенсивности растворения глинозема в электролите, сокращение частоты анодных эффектов, повышение эффективности управления теплоэнергетическим балансом электролизера, совершенствование алгоритмов управления процессом электролиза;

      энергетическая модернизация – разработка и внедрение новых материалов – графитовых и антрацитово-графитных блоков для футеровки катодного кожуха, внесение дизайнерских изменений в конструкцию электролизера и форму катодов, совершенствование ошиновки и контактных узлов электрической цепи;

      утилизационные мероприятия – охлаждение эвакуируемых от электролизеров газов с целями уменьшения их физических объемов и энергозатрат на транспортировку, мощностей эксплуатируемых газоочистных установок, а также использования теплоты охлаждаемых газов на нагрев теплоносителя, например, воды с дальнейшим использованием на технологические или энергетические нужды.

      Снижение удельного расхода электроэнергии также достигается путем повышения выхода по току, которое обеспечивается внедрением автоматизированных систем управления процессом, рациональными конструктивными решениями оборудования и его обслуживанием.

      Так как большая часть потребления электрической энергии приходится на электрический привод различных агрегатов, то при выборе электродвигателей необходимо принимать во внимание капитальные затраты, мощность и эффективность. В горнодобывающем производстве, где нужны мощные моторы, важно выбрать энергетически эффективный высококачественный двигатель [16].

      Правильная эксплуатация приточной вентиляции и элементов аэрационных фонарей позволяет снизить расход силовой энергии, поскольку увеличение температуры ошиновки приводит к увеличению потерь энергии в ней. Соблюдение технологической дисциплины, поддержание оптимальных параметров процессов производства также являются важными направлениями, способствующими снижению расхода сырья и электроэнергии и недопущению возможности аварийных выбросов.

1.6. Основные экологические проблемы

      Горнодобывающая деятельность неизбежно влияет на окружающую среду. Воздействие горнодобывающей деятельности на окружающую среду зависит от геологических особенностей, размера, формы месторождения и концентрации полезного компонента, природно-климатических особенностей территории расположения, а также от применяемых методов добычи и обогащения, выбранных технических и технологических решений, природоохранных мероприятий и др.

      Горнодобывающая деятельность оказывает воздействие на все компоненты окружающей среды: недра, земли, почвы, поверхностные и подземные воды, атмосферный воздух, растительный и животный мир.

      Основными экологическими аспектами предприятий по производству алюминия являются выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух, образование рудничных и шахтных вод, отходов (золошлаков и хвостов обогащения), использование земель.


а


б


      Рисунок 1.2. Схема взаимодействия, а -карьера и б - подземного рудника (шахты) с окружающей средой

      Типичные вещества, потенциально способные вызвать загрязнение окружающей среды при производстве первичного алюминия:

      фтористый водород;

      плохо растворимые неорганические фториды;

      оксиды алюминия;

      оксид углерода;

      смолистые вещества;

      бенз(а)пирен;

      сернистый ангидрид.

1.6.1. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух

      При добыче полезных ископаемых выбросы в атмосферный воздух поступают от взрывных работ, выемки и экскавации пород, дробления руды, транспортировки и погрузочно-разгрузочных работ, тонкого измельчения и обогащения, теплоснабжения, транспорта и производственных машин, а также отсыпки хвостов и вмещающей породы. Наиболее существенными выбросами являются взрывные и выхлопные газы (CО2, CO, углеводороды, NOx, SO2, тонкодисперсные твердые частицы), производственные газы, взвешенные вещества и минеральная пыль. Выбросы минеральной пыли (то есть взвешенных частиц) происходят при разных видах деятельности, например, при добыче руды, перевозке, погрузке, дроблении, измельчении, отсыпке вмещающих пород, складировании.

     


      Рисунок 1.3. Основные источники и виды загрязнения атмосферы при производстве горных работ

      Добыча и транспортировка руды

      При добыче и транспортировке руды независимо от способа отработки месторождения, образуются выбросы минеральной пыли, выхлопных газов и взрывных газов. Минеральная пыль выделяется в воздух от руды, поверхности дорог, колес и грузовых платформ.

      Загрязнение окружающей среды происходит за счет выделения вредных пыли из пылегазового облака и газов из взорванной горной массы. Используемые для добычи руды взрывчатые вещества (например, эмульсионные взрывчатые вещества, АСДТ) при взрыве превращаются в водный пар, оксид и диоксид углерода, и оксиды азота. При взрыве образуется также дым. Объем этих газов составляет 0,7–1 м3 газа на килограмм взрывчатого вещества.

      Образующийся при взрыве горячий газ захватывает с собой в атмосферу какое-то количество пыли горной породы. При этом объем поднимающейся в атмосферу пыли зависит от заряда и взрываемого материала. Материал горной породы осаждается в основном в непосредственной близости от рудника, но тонкая пыль может переноситься на большие расстояния. Например, графитная пыль распространяется на большую территорию и из-за способности пачкать легко заметна даже в небольших количествах.

      Интенсивным и постоянно действующим источником загрязнения воздуха как в шахтах, так и карьерах является автотранспорт. Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания представляют сложную многокомпонентную смесь. В настоящее время в их составе определяется уже более 200 различных веществ. Самые опасные из газов - окись углерода (угарный газ), двуокись азота, двуокись серы, ЛОС.

      Транспортировка руды и вскрышных пород происходит на территории предприятий по дорогам без покрытия, на которые попадают перевозимые горные массы. Минеральный материал измельчается в мелкую пыль под колесами тяжелого транспорта, покрывая поверхность дорог. Объемы транспортных выбросов пыли и выхлопных газов растут при промежуточных погрузках и разгрузках, а также по мере увеличения расстояния от рудника до цеха обогащения. При открытом способе разработки выбросов пыли и выхлопных газов значительно больше, чем при подземном способе, прежде всего из-за движения автотранспорта. Эти выбросы также лимитируются правилами охраны труда.

      В рудничном воздухе могут оказаться такие газы, как азот, метан, окись углерода, сернистый газ, сероводород, оксиды азота, водород, тяжелые углеводороды, радон, аммиак и другие вредные газы, а также пары воды и пыль. Источниками являются взрывные работы, пожар, работа двигателей внутреннего сгорания, компрессорные газы, гниение органических веществ (гниение дерева в шахте), выделения из горных пород и шахтных вод.

      Общее загрязнение атмосферы карьеров наблюдается, как правило, в периоды безветренной погоды и особенно при инверсиях. Оно возникает вследствие постепенного накопления вредных примесей при работе горнотранспортного оборудования, либо после массового взрыва, произведенного при неблагоприятных метеорологических условиях. При слабых ветрах возможно образование "трудно проветриваемых" зон с повышенными концентрациями вредных примесей, т. е. местных загрязнений. Местные загрязнения атмосферы наблюдаются обычно в зонах наибольшей концентрации горнотранспортного оборудования: у разгрузочных площадок, рудоспусков, в выездных траншеях, а также на нижних горизонтах карьеров.

      Рудоподготовка (дробление, грохочение)

      Выбросы от дробления и грохочения во многом зависят от расположения оборудования. Выбросы блока дробления и грохочения, размещенного в помещении или в подземных выработках, обычно не вызывают большой нагрузки на окружающую среду, так как выбросы пыли лимитированы правилами охраны труда. Машины опрокидывают горную массу в загрузочное отверстие дробилки обычно все же на открытом пространстве, таким образом, пылевые выбросы невозможно полностью собрать для очистки. От полностью или частично расположенного на открытом воздухе блока образуется как правило больше пылевых выбросов, чем от оборудования, расположенного в помещении. Объем и состав пылевых выбросов блока, расположенного на открытом пространстве, зависят от погодных условий, вида руды, применяемой технологии. После дробления и грохочения на стадии размола в атмосферу не поступает большого количества выбросов, так как размол проводится обычно в закрытом блоке в водной среде – пульпе.

      Складирование и транспортировка горной массы

      При складировании, погрузке и транспортировке горной массы, образуются выбросы от пыления и выхлопных газов транспортных средств, выделяющихся при сжигании топлива карьерным транспортом.

      Места перегрузки горной массы (перегрузка с конвейера на конвейер, разгрузка автосамосвалов в отвал или бункер, разгрузка вагонов в бункер или в приямок экскаватора на отвале и т. д.) являются интенсивными источниками пылевыделения. Причем при работе роторных комплексов, дробильно-перегрузочных пунктов, разработке пород, передвижении автомобильного транспорта и бульдозерном отвалообразовании все операции технологического процесса сопровождаются активным пылевыделением.

      Складирование горной массы на открытом пространстве обычно вызывает пыление, пыль с осадками может попадать в поверхностные и подземные водные объекты. Выбросы пыли могут выделяться от поверхности отвалов вскрышных пород и штабелей складируемой готовой продукции или во время погрузки просыпающегося на землю сухого материала. Объемы пылевых выбросов при складировании зависят от погодных условий, а также от применяемых технологий.

      Производство алюминия

      Среди отраслей производства цветной металлургии алюминий занимает первое место, темпы его потребления выше стали, цинка, никеля, меди. Несмотря на эти достоинства, выпуск алюминия экологически неблагоприятен, так отходы алюминиевой промышленности составляют порядка 190 тыс. тонн в год, из них перерабатывается и реализуется не более 33 %.

      На разных этапах производства алюминия происходит образование вредных газов и твердых отходов, оказывающих негативное влияние на окружающую среду.

      Выделение вредных компонентов при производстве алюминия происходит на этапе электролиза глинозема (технического оксида алюминия). В процессе электролиза образуются следующие загрязняющие вещества:

      оксиды углерода, серы, азота;

      фтористый водород;

      бензпирен, дибензантрацен, безантрацен;

      фторид натрия, фторид кальция;

      смолистые вещества.

      Металлосодержащая пыль включает малые примеси хрома, бериллия, лития, аэрозоли щелочей, канцерогенные соединения, вредные газы.

      На современном алюминиевом производстве средней мощности на 1 тонну алюминия приходится ориентировочное количество выбросов:

      фтористых соединений - 25 кг;

      сернистого ангидрида - 30 кг.

      Выброс загрязняющих веществ в атмосферу от деятельности А3 по расчҰтным данным проектной документации характеризуется следующими показателями:

      общее количество ИЗА составляет 183 источника, из них организованных – 138, неорганизованных – 45;

      валовый выброс составляет 52 439 т/год. Основные загрязняющие вещества представлены в таблице ниже.

      Таблица 1.28. Вещества, дающие наибольший вклад в выбросы А3

№ п/п

Наименование загрязняющего вещества

Выброс в 2020 году тонн по данным инвентаризации

Доля в общих выбросах, в %

1

2

3

4

1

Углерод оксид

42 344

80,75

2

Сера диоксид

8 114

15,47

3

Пыль неорганическая, содержащая двуокись кремния в %: более 70 (Динас)

628

1,20

4

Алюминий оксид (ДиАлюминий триоксид)

565

1,08

5

Пыль неорганическая, содержащая двуокись кремния в %: менее 20 (доломит, пыль цементного производства - известняк, мел, огарки, сырьевая смесь, пыль вращающихся печей, боксит)

265

0,51

6

Фториды неорганические плохо растворимые (алюминия фторид, кальция фторид, натрия гексафторалюминат)

226

0,43

7

Окислы азота

94

0,18

8

Фтористые газообразные соединения

74

0,14

9

Пыль неорганическая, содержащая двуокись кремния в %: 70–20 (шамот, цемент, пыль цементного производства - глина, глинистый сланец, доменный шлак, песок, клинкер, зола, кремнезем, зола углей казахстанских месторождений)

40

0,08

10

Возгоны каменноугольного пека с содержанием бенз/а/пирена от 0,1 до 0,15 %

13

0,02

11

Прочие вещества*

75

0,14

      * в том числе выброс бенз/а/пирена 4,61 кг/год.

      Организованные источники выбросов загрязняющих веществ: трубы газоочистных установок, трубы вентиляционных установок и дефлекторы производственных цехов. Основной источник выбросов – цех электролиза алюминия, который дает 90 % вклада (таблица 1.29). Неорганизованные источники выбросов загрязняющих веществ: участки проведения погрузочно-разгрузочных работ и движения специального транспорта по территории промплощадки.

      Анализ данных разрешения на эмиссии на 2020–2023 годы показывает, что представленная выше структура выбросов загрязняющих веществ является стабильной и не претерпит существенных изменений в ближайшее время.

      Таблица 1.29. Основные источники выбросов А3

№ п/п

Источник выбросов

Выброс в 2020 году тонн по данным инвентаризации

Доля в общих выбросах, в %

1

2

3

4

1

Трубы ГОУ цеха электролиза алюминия

47 611

90,79

2

Аэрационные фонари цеха электролиза алюминия

1 714

3,27

3

Станция очистки обожженных анодов, станция отбора проб

1 708

3,26

4

Силос хранения нефтяного кокса

352

0,67

5

Электронагревательные печи миксеры

348

0,66

6

Выбросы от автотранспорта

80

0,15

7

СПУ дробление кокса

68

0,13

8

Узел пересыпки и транспортировки и хранения кокса

59

0,11

9

Дробление грейферного электролита

54

0,10

10

Узел пересыпки приемного устройства нефтяного кокса и зелена

39

0,07

11

Склад хранения зеленого скрапа

33

0,06

12

АМО очистка огарка

29

0,06

13

Участок переработки и хранения материалов оборотного использования

17

0,03

14

Расходная емкость склада хранения жидкого пека

13

0,02

15

Отделение изготовления подовой массы

12

0,02

16

Разгрузка глинозема из хоппер-вагонов

11

0,02

17

Сушка нефтяного кокса

10

0,02

18

Прочие ИЗА

281

0,54


      Согласно данным из таблицы 1.29 порядка 99 % всех выбросов отводятся через организованные источники.

      Наибольший вклад в выбросы предприятия вносят технологические процессы, связанные с электролизом алюминия и использованием топливно-энергетических ресурсов.

      Оксид углерода и диоксид серы составляют 96 % выбросов предприятия.

      Выбросы от использования топливно-энергетических ресурсов происходят при производстве обожженных анодов, а также в результате сжигания дизельного топлива и бензина автотранспортом предприятия.

      Согласно руководству ЕМЕП/ЕАОС по инвентаризации выбросов загрязняющих веществ [17] основными загрязнителями при производстве первичного алюминия являются:

      CO2 составляет основу выбросов в процессе электролиза;

      фтористый водород составляет 50-80 % от выбросов фторидов, который образуется в результате реакции фторида алюминия и криолита с водородом в процессе электролиза;

      перфторуглероды (PFC) образуются в результате воздействия анода. Тетрафторметан (CF4) и гексафторэтан (C2F6) выделяются в соотношении 10:1 и не могут быть удалены из потока газа при помощи существующей технологии, когда они уже образованы;

      выбросы полициклических ароматических углеводородов образуются при изготовлении анода;

      SO2, сернистый карбонил (COS) выделяются в результате реакции кислорода с серой, присутствующей в анодах;

      пыль выделяется в процессе электролиза в виде оксида алюминия и криолита. Литье также может быть источником выбросов пыли.

1.6.2. Сбросы загрязняющих веществ в водные объекты

      Основным фактором воздействия на водную среду горнодобывающего предприятия является сброс поверхностных и шахтных вод, загрязненных взвешенными частицами и растворенными химическими веществами. Кроме того, при осушении карьеров дренажными шахтами в подземных условиях загрязняются дренируемые грунтовые воды, а при откачке шахтной воды образуются депрессионные воронки, радиус которых может достигать десятков километров. Источниками нагрузки на водоемы могут быть процессы обогащения, а также естественный сток с породных и рудных отвалов и хвостохранилища. К тому же водоемы могут загрязняться пылью, а также поверхностным стоком с поверхности водосбора. Ниже более подробно описывается нагрузка на водоемы от процессов добычи и обогащения руды.

      Воздействие при добыче руды

      Из карьера откачиваются на поверхность подземные воды и проникающий туда поверхностный сток для поддержания выработок в сухом состоянии. Потребность в откачивании воды зависит от геологических и гидрогеологических особенностей отрабатываемого месторождения. На химический состав откачиваемой воды влияет вещественный состав руды и вмещающих пород и применяемые для извлечения (добычи) полезного ископаемого взрывчатые вещества.

      В зависимости от типа руды при ее добыче в воду могут проникать соли металлов. Так, при добыче сульфидных руд откачиваемые воды, как правило, кислые и металлосодержащие.

      Вода, откачиваемая из горных выработок, может содержать кроме взвешенных веществ и высвобождающихся в реакциях окисления сульфидных минералов металлов и сульфатов еще и остатки взрывчатых веществ. Взрывчатые вещества обычно выполнены на основе аммиачной селитры, поэтому из них могут попадать в рудничные воды нитраты и ионы аммония, вызывающие эвтрофирование водоемов. Взрывчатые вещества могут содержать также органические соединения (например, минеральные масла), токсичные для водных организмов.

      Невзорвавшееся при добыче руды взрывчатое вещество попадает с рудой в цех обогащения или с пустой породой в отвалы. Содержащаяся во взрывчатом веществе аммиачная селитра растворяется в воде прудов-отстойников или хвостохранилищ и вызывает загрязнение водоемов нитратным и аммиачным азотом.

      Породные отвалы и открытые склады готовой продукции, расположенные на земельных отводах карьеров, шахт и фабрик, при таянии снегов или дождях становятся источниками загрязнения поверхностных и подземных (преимущественно грунтовых) вод. Атмосферная вода, попадая на отвал и стекая с его боковых поверхностей, загрязняется вследствие эрозии пород, а при фильтрации через породную толщу в большей или меньшей степени минерализуется.

      При добыче руды качественное ухудшение состояния водных объектов и почв может быть последствием утечки масел, используемых в технологическом оборудовании, и химических реагентов с мест их хранения. Также рудничные воды могут содержать существенные концентрации горюче-смазочных материалов от горно-шахтного оборудования. В период производственной деятельности утечки нефтепродуктов в водоемы возможны вследствие повреждения гидравлических и топливных систем горнодобывающей техники.

      Откачиваемая из карьера вода собирается в резервуар (водосборники), затем, исходя из степени загрязнения, направляется в отстойники или пруды-накопители для дальнейшей очистки и выпуска ее в окружающую среду. Дальнейшее воздействие сброса загрязненных сточных шахтных и карьерных вод в поверхностные водные объекты проявляется в изменении гидрологического и температурного режимов водотока, химического состава, повышении мутности и заиливании дна, что негативно сказывается на водном биоразнообразии, а также на возможностях дальнейшего использования водного объекта.

      Воздействие при обогащении руд

      При обогащении в водные объекты могут проникать загрязняющие вещества из руды. В процессе обогащения руда измельчается механически до мелких минеральных фракций. В процессе рудоподготовки грани кристаллов минералов повреждаются, химический баланс минералов изменяется, тогда с их поверхности могут высвобождаться, например, металлы и сера в технологический процесс.

      Значительное воздействие горнорудные проекты оказывают именно на качество воды и доступность водных ресурсов в районе проведения работ. Ключевой вопрос заключается в том, останутся ли запасы поверхностных и подземных вод пригодными для обеспечения нужд человека, а качество поверхностных вод в районе проведения горных работ приемлемым для поддержания первозданной флоры и фауны водоемов, а также наземной живой природы.

      Среди ключевых воздействий можно выявить:

      1. Смыв почв и отходов горнодобывающей деятельности в поверхностные воды. Для большинства горнодобывающих проектов серьезной проблемой является возможность эрозии почвы и породы, в результате чего ухудшается качество поверхностных вод. Следовательно, борьба с эрозией должна вестись с самого начала эксплуатации рудника и до завершения рекультивации. Эрозия может вызвать значительное отложение осадков (и любых сопутствующих химических загрязнений) в близлежащих водоемах, особенно в случаях сильных ливней и в период активного снеготаяния. Основные источники эрозии/осадконакопления на участках горных работ могут включать в себя карьеры, отвалы пустой и вскрышной породы, хвостовое хозяйство, подъездные и транспортировочные пути, отвалы руды, места обслуживания техники, участки геологоразведочных работ, а также участки на стадии рекультивации. Также материалы из нарушенных участков (горных выработок, отвалов пустой породы, зараженной почвы и т. д.) могут разносить вместе с собственно осадком еще и химические загрязнители, в основном тяжелые металлы.

      2. Воздействие рудничного водоотлива. Откачка и сброс рудничных вод из горных выработок представляет собой комбинацию воздействий на окружающую среду. Когда водоносный горизонт находится выше подземных горных выработок или дна карьера, происходит накопление воды в горных выработках. В этом случае воду из горных выработок необходимо откачивать. В качестве альтернативы воду можно откачивать из скважин, окружающих шахту (карьер), создавая депрессионную воронку в водоносном горизонте, таким образом уменьшая проникновение воды в выработки. Когда рудник находится в работе, рудничные воды должны откачиваться постоянно, обеспечивая добычу руды. Однако, когда добыча руды завершается, откачка рудничных вод зачастую прекращается, что может привести к накоплению воды в трещинах, шахтах, горизонтальных выработках, карьерах и бесконтрольному поступлению в окружающую среду. В некоторых областях серьезной проблемой могут стать истощение подземных вод и связанные с ними воздействия на поверхностные воды и близлежащие водно-болотные угодья.

      Виды воздействия в результате понижения уровня подземных вод могут включать в себя сокращение или полное истощение поверхностных вод; снижение их качества и разрушение связанной с водой хозяйственной деятельности; деградацию среды обитания (не только прибрежных зон, ручьев и водно-болотных угодий, но и на возвышенностях, где в случае снижения уровня грунтовых вод ниже зоны глубоких корней могут пострадать кустарниковые заросли); уменьшение или полное исчезновение воды в домашних колодцах; проблемы с количеством и качеством воды, связанные с перекачкой подземных вод обратно в поверхностные воды ниже по течению от места откачки (осушения).

      Если осуществляется водоотлив, откачанную из рудника воду после соответствующей очистки можно использовать для смягчения неблагоприятного воздействия на поверхностные воды. Тем не менее, когда осушение прекращается, депрессионные воронки могут восстанавливаться десятилетиями, постоянно снижая объем поверхностного стока.

      Меры по снижению уровня загрязнения, основанные на использовании откачанной воды для создания заболоченных территорий, могут осуществляться только в период проведения водоотлива [19].

      Воздействие при производстве алюминия

      Производственные стоки, образующиеся при использовании воды для различных технологических процессов производства.

      Виды и концентрация загрязняющих веществ в сточных водах металлургических производств зависит главным образом от состава перерабатываемого сырья и применяемых технологических реагентов, а также качества очистки (обезвреживания) сточных вод.

      Для обеспечения потребности в воде А3 имеет две системы водоснабжения:

      Техническое водоснабжение осуществляется двумя источниками: от водопроводных сетей г. Павлодар и подземными водами из 7 артезианских скважин.

      Производственное водоснабжение завода производится по оборотной схеме, для чего существуют 4 узла водооборота. Узлы водооборота подают воду для охлаждения оборудования в литейном отделении ЦЭА, анодно-монтажном отделении (АМУ), компрессорной станции, кремниево-преобразовательной подстанции. Нагретая вода проходит охлаждение на вентиляторных градирнях, а затем возвращается в производственный процесс.

      После использования образуются следующие виды сточных вод:

      1. Хозяйственно-бытовые сточные воды с площадки завода по подземным сетям канализации собираются в канализационных насосных станциях (КНС), а также в приемном резервуаре станции очистки промстоков, откуда подаются на очистные сооружения хозяйственно бытовых стоков.

      2. Проектная производительность станции очистки – 780 м3 в сутки.

      Методы очистки сточных вод – механический и биологический с доочисткой в камерах коагуляции и флокуляции с последующим обеззараживанием стока на установке обеззараживания. Очищенные стоки сбрасываются в отстойный пруд действующего золоотвала ТЭЦ-1 А2;

      Производственные сточные воды по мере необходимости проходят частичную очистку на станции промстоков типа LQGF-75.

      В состав очистных сооружений входят: оборудование для коагуляции, оборудование для флотации, фильтры с загрузкой из кварцевого песка и активированного угля.

      После очистки стоки возвращаются в производство. Номинальная производительность очистного оборудования – 75 м3/час. Способ управления – автоматический непрерывный режим работы. Время реакции стока с химическими реагентами – 16 минут. Период разделения – 30 минут.

      3. Поверхностный сток с территории предприятия отводится самотеком по системе лотков и трубопроводов ливневой канализации в насосную станцию, оттуда по коллектору транспортируется для сброса в пруд-накопитель. Дождевые и талые воды с территории с твердым покрытием основных цехов (ЦЭА, ЦПЭ) отводятся самотеком по системе ливневой канализации в приемный резервуар станции очистки промстоков, откуда сбрасываются в пруд-накопитель.

      Производственные сточные воды, которые образуются в процессе регенерации и промывки загрузки в фильтрах станции очистки промстоков, узлах водооборота и фильтрах для водоподготовки в котельных также отводятся по ливневой канализации с последующим сбросом в пруд-накопитель.

      Приемником производственных и ливневых сточных вод с территории предприятия является пруд-накопитель, состоит из двух секций размерами 170 х 340 м каждая. Площадь пруда накопителя – 143250 м2 (14,25 га). Проектная способность пруда-накопителя 250 000 м³. Емкость одной секции составляет 125 000 м³.

      Сброс в пруд-испаритель осуществляется по двум водовыпускам: водовыпуск №1 (объем сброса 81 тыс. м3/год) и водовыпуск №1 (объем сброса 55 тыс. м3/год).

      Таблица 1.30. Показатели сброса сточных вод в пруд-испаритель в 2019 году

№ п/п

Наименование показателя

Концентрация на выпуске мг/дм3

Сброс, т/год

Водовыпуск №1

Водовыпуск №2

Водовыпуск №1

Водовыпуск №2


1

2

3

4

5

6

1

Взвешенные вещества

12,3

7,3

0,997

0,402

2

Хлориды

86,5

83,9

7,012

4,614

3

Сульфаты

48,72

48,7

3,95

2,678

4

Железо общее

0,08

0,18

0,006

0,0099

5

Натрий

64,3

86,32

5,2

4,747

6

Кальций

34

29

2,75

1,595

7

Магний

7,87

13,8

0,63

0,759

8

Фториды

8,86

4,3

0,7

0,236

9

ПАВ

0,018

0,012

0,0014

0,00066

10

Нефтепродукты

0,12

0,06

0,0097

0,0033

11

Алюминий

0,48

0,247

0,039

0,0136

12

БПКполн

-

2,93

-

0,161

13

Фосфаты

-

0,95

-

0,0522

14

Аммиак

-

0,99

-

0,0545

15

ИТОГО



21,29

15,326


1.6.3. Образование и управление отходами производства

      Типичными отходами при добыче металлической руды являются отделяемая при добыче руды вмещающая порода, образующиеся в процессе обогащения хвосты и снимаемый поверхностный слой грунта на этапе строительства (особенно при открытом способе разработки месторождения).

      Вмещающие породы

      Вмещающие породы извлекаются и удаляются как при открытом, так и подземном способе для обеспечения добычи руды. В подземной добыче доля вмещающих пород обычно меньше, чем в открытой, где объемы изымаемых вскрышных и вмещающих пород могут быть в несколько раз больше, чем объем добываемой руды.

      Возможности использования вмещающих пород зависят от их геотехнических особенностей и пригодности для окружающей среды. Вмещающие породы хорошего качества могут быть пригодны для сбыта за пределы рудника как строительный материал либо доизвлечения полезных компонентов/минеральных сырьевых ресурсов при наличии таковых.

      Размещенные на территории рудника временно или постоянно на хранение отвалы пустой породы могут вызывать выбросы минеральной пыли и загрязнение водных объектов. Пустая порода складируется в виде крупнокускового материала, поэтому сильного пыления не происходит. Между крупными кусками может быть мелко измельченный при изъятии минеральный материал, который легко вызывает пыление. Возможное выветривание минерального материала, отсутствие гумусного слоя, обеспечивающего озеленение поверхности отвала, большая высота отвала увеличивают риск ветровой эрозии и вызываемой ею пылевой нагрузки.

      Характер выбросов от пустой породы зависит в основном от минералогического и химического состава материала. Если отвал пустой породы содержит сульфидные минералы и является кислотообразующим, то кислые и содержащие металлы стоки из отвала могут загрязнять поверхностные и подземные водные источники. Вымываемые с хвостохранилищ воды содержат также взрывчатые вещества, которые вызывают загрязнение ближайших водоемов азотом.

      Хвосты обогащения

      Образующиеся в процессе обогащения руд цветных металлов отходы или отвальные хвосты состоят из тонкоизмельченных рудных минералов и вмещающей породы. Хвосты размещаются на постоянное хранение в виде пульп в хвостохранилище, где твердый материал осаждается на дно бассейна, а осветленная вода подается на обработку, циркуляцию в обороте технической воды. По проекту эксплуатации хвостохранилища при намыве пляжей хвостами дамбу постоянно наращивают скальными породами для увеличения вместимости хвостохранилища.

      Применение хвостов ограничивают их физические свойства (например, мелкозернистость, прочность) и химические свойства (например, сульфидные хвосты: кислотный потенциал, экологически вредные металлы). Объемы размещаемых на постоянное хранение хвостов можно уменьшить, используя фракции для заполнения пустот подземного рудника либо методы "сухого складирования хвостов" [20].

      Хвостохранилище может вызвать пылевые выбросы, загрязнение водоемов и иногда распространяет неприятный запах. Поступающие в виде пульпы на хвостохранилище отходы обогащения являются мелкозернистыми и при высыхании могут вызывать сильное пыление. Пылению способствует большая площадь хвостохранилища и расположение выше уровня земли. В период действия обогатительной фабрики размещение хвостов по всей окружности борта хвостохранилища предотвращает их высыхание. При подаче пульпы с борта хвостохранилища мелкозернистые частицы хвостов перемещаются в центр пруда, более крупные остаются недалеко от места разгрузки. Пыление вероятно в летний период особенно при сухой и ветреной погоде с сухих бортов ограждающих дамб, а также с участков, ограниченных дамбой обвалования и урезом воды пруда-отстойника. Запах редко может исходить при возможных химических и биологических реакций, происходящих в пруде-отстойнике.

      Загрязняющие вещества поступают от хвостохранилищ в подземные водные объекты в результате инфильтрации. Химический состав сточных вод хвостохранилища зависит от состава месторождения, применяемой технологии и реагентов обогащения, а также способа размещения хвостов и строения хвостохранилища.

      Сточные воды рудников металлической руды обычно кислые и содержат какое-то количество тяжелых металлов и металлоидов, присутствующих в данной руде.

      Объем воды в хвостохранилище регулируется удалением воды из пруда через водосбросный колодец. Вода поступает обычно в отстойник, откуда после осветления возвращается обратно в технологический процесс. Дамба состоит из насыпанной пионерной дамбы, при намыве хвостов образуется по внутреннему периметру дамбы широкая сухая полоса (так называемый пляж) между дамбой и урезом воды пруда-отстойника для обеспечения стабильности гидротехнического сооружения. Кроме обычного сброса сточных вод сквозь дамбу может просачиваться инфильтрат (рисунок 1.4).

     


      Рисунок 1.4. Потоки вод в зоне дамбы хвостохранилища, где нет плотного основания

      Инфильтрат обычно собирается в обводной канал, откуда вода может подаваться обратно на хвостохранилище, если по своему качеству она не пригодна для сброса в водоем. Через дно пруда возможна также инфильтрация в подземные воды, если основание пруда выполнено из водопроницаемого грунта. Обычно на стадии строительства хвостохранилища изучаются свойства грунта, при необходимости основание уплотняется искусственными противофильтрационными материалами (например, полимерное пленочное покрытие, бентонит и т. п.).

      Удаляемые земляные массы

      На начальном этапе деятельности горного предприятия, особенно при строительстве открытого карьера, поверхность месторождения руды очищается от поверхностного слоя земли. Эти земляные массы складируются поблизости и используются по возможности в земляных работах рудника. Сохраненный растительный слой может быть применен для рекультивации участка после закрытия рудника. В этом случае речь идет о длительном хранении почвогрунта. Если данный грунт не подходит для применения в земляных работах во время строительства или после закрытия рудника из-за своих геотехнических особенностей или экологической неприемлемости, то он размещается на участке на постоянное хранение. Объем и состав удаляемых земляных масс зависят от масштабов разработки, толщины и строения поверхностных грунтов.

      Осадки и шламы

      При обработке рудничных вод могут образовываться как осадки, так и шламы (илы). Минеральный гидрооксидный осадок образуется при химической обработке воды, например, при нейтрализации или осаждении. Гидроксидный осадок образуется также в результате аэрации железосодержащей воды в хвостохранилище. Состав осадка зависит от химического состава воды и использованных реагентов.

      При обработке воды образуется шлам (ил) в т. ч. при удалении взвешенных веществ из рудничной и технологической воды. Взвешенные вещества удаляются из воды обычно путем отстаивания, осаждения или седиментации в бассейне-осветлителе. При открытом способе добычи бассейны находятся недалеко от карьера на поверхности земли. Осветление технологической воды проводится чаще всего на территории хвостохранилища до возвращения ее в производственный цикл. На дне бассейнов-осветлителей собирается шлам (ил), который состоит из мелко размолотых рудных минералов и просеянного материала и может содержать также остатки взрывчатых веществ (ил шахтных и карьерных вод). Осадок и ил размещается на постоянное хранение на территории рудника или на специально созданных для этого полигонах, или вместе с другими отходами рудника. Требования относительно постоянного размещения зависят от состава осадка и ила. В зависимости от состава и размещения осадка и ила с ними могут быть связаны пылевые выбросы и со стоками рудника попадающие в водоемы сбросы.

      Отходы сортируются и направляются на рециклинг или полигон хранения. Объем вывозимых на полигоны отходов должен быть минимальным. Канализационные воды проходят биохимическую очистку или на самом предприятии, или на муниципальных очистных сооружениях.

      Компоненты технологических отходов от алюминиевого производства

      В процессе получения и использования алюминия и его соединений образуется огромное количества отходов.

      Утилизация отходов производства – одно из важнейших направлений отрасли. Утилизация отходов позволяет снизить себестоимость производимого алюминия за счет экономии сырья, материалов, энергии путем создания малоотходной или безотходной, ресурсосберегающей технологии [21].

      Характерные компоненты технологических отходов от алюминиевого производства:

      отработанные аноды (сколы, огарки анодов);

      отработанная угольная футеровка электролизеров;

      отработанная огнеупорная футеровка электролизеров;

      угольная пена;

      шлам газоочистки (включая пыль электрофильтров);

      пековый осадок;

      огнеупорная футеровка (ковши, миксера литейного производства).

      Отходы производства образуются на всех технологических этапах получения алюминия. При производстве анодов и анодной массы выделяется отработанная футеровка печей обжига и прокалки.

      На анодных производствах алюминиевых заводов данные отходы передаются на переработку сторонним организациям по производству огнеупоров или размещаются на полигонах производственных отходов. При непосредственном производстве первичного алюминия основными отходами являются отработанная угольная, кирпичная футеровка электролизеров и угольная пена. Угольная пена может быть использована в производстве фторсолей, которые используются для получения первичного алюминия, отходом производства которого и является угольная пена. Отработанная угольная и кирпичная футеровка размещаются на полигоне промышленных отходов. Угольную футеровку также передают сторонним организациям на утилизацию.

      Таблица 1.31. Перечень отходов основных производственных процессов


п/п

Наименование отходов

Образование, т/год

Передача сторонним организациям, т/год

Способ обращения и утилизации

1

2

3

4

5

1

Пыль, улавливаемая фильтрами

6 400

6 400

Передаются или реализуются сторонним организациям по договору

2

Отработанная футеровка ковшей, миксеров, электролизеров и индукционных печей

5 786

5 786

3

Углеродсодержащая пыль

3 612

3 612

4

Угольная пена

1 890

1 890

5

Отработанная футеровка печи обжига

180

180

6

Алюминиевый шлак

2 160

400

Реализуются сторонним организациям

7

Лом черных металлов и огарки сварочных электродов

1 610

1 610

8

Чугунный шлак

271

271

Передается или реализуется сторонним организациям по договору

      Собственные полигоны по размещению и утилизации отходов на предприятии отсутствуют, все отходы передаются сторонним организациям занимающихся утилизацией, переработкой и размещением отходов.

1.6.4. Шум и вибрация

      На предприятиях горнодобывающей промышленности в силу специфических особенностей технологии добычи полезных ископаемых на работников одномоментно действует многообразие неблагоприятных факторов производственной среды (пыль, шум, вибрация, неблагоприятный микроклимат и др.), степень выраженности которых во многом зависит от конкретных климатогеографических и горно-геологических условий на предприятиях.

      В деятельности горных предприятий основными источниками шума и вибрации являются взрывные, буровые работы, процессы погрузки и перевозки горной массы, шум от двигателей транспортных средств, конвейерный и железнодорожный транспорт, вентиляторные установки, дробление, раскалывание слишком крупных каменных глыб, связанная с дроблением сортировка, измельчение. Совокупное воздействие от работающих экскаваторов, бульдозеров, взрывных работ, транспорта, дробления и измельчения руды, а также складирования материала в отвалы может значительно повлиять на окружающую среду и жителей близлежащих районов. На обогатительных фабриках шум и вибрация связаны с рудоподготовкой в цехах дробления и измельчения, а также в отделении воздуходувок. Процессы производственного цикла, начиная с дробления, проходят в основном в закрытых помещениях. При этом воздействие шума может быть ограничено с помощью проектных решений. В некоторых случаях источники шума цеха обогащения и вспомогательных операций (воздуходувки и проч.) могут быть существенными из-за их узкополосности.

      Вибрация связана с работой разнообразной техники, используемой в добыче полезных ископаемых, но взрывные работы считаются ее основным источником. Вибрация влияет на стабильность инфраструктуры, зданий, человеческого жилья вблизи крупномасштабных горнодобывающих предприятий. При взрывных работах кроме вибрации наблюдается колебание воздуха, которое находится частично в частотном диапазоне слуха человека, а частично ниже его. Это низкочастотное, появляющееся при взрыве колебание воздуха называется волной атмосферного давления. Факторы, влияющие на силу волны, меняются в зависимости от взрыва, что усложняет оценку силы волны атмосферного давления. На распространение волны атмосферного давления в окружающую среду и риск наносимого ею ущерба влияют погодные условия, рельеф, препятствия и направление волны. Волна атмосферного давления большая, когда взрыв происходит в воздухе или поверхностным зарядом.

      В производственных условиях разнообразные машины, аппараты и инструменты, являются источниками шума, вибрации.

      Шум и вибрация являются общераспространенными проблемами, связанными с металлургической отраслью, а их источники встречаются практически во всех стадиях технологического процесса.

      Производственный шум, излучаемый установкой в окружающую среду, является фактором негативного воздействия, имеющим медицинские, социальные и экономические аспекты.

      Самыми значительными источниками шума и вибрации являются: транспортировка и обработка сырья и продуктов производства; производственные процессы, связанные с пирометаллургическими операциями и измельчением материалов; использование насосов и вентиляторов; сброс пара; срабатывание автоматических систем сигнализации.

      Шум и вибрация могут быть измерены несколькими способами, но, как правило, они являются специфическими для каждого технологического процесса, при этом необходимо учитывать частоту звука и местоположение населенных пунктов от производственной площадки.

      Надлежащее техническое обслуживание способствует предотвращению разбалансировки оборудования, например, вентиляторов и насосов. Соединения между оборудованием могут быть сконструированы специальным образом для предотвращения или минимизации передачи шума. К общим методам снижения шума можно отнести: использование насыпей для экранирования источника шума, корпусов из звукопоглощающих конструкций для установок или компонентов, издающих шум, антивибрационных опор и соединителей для оборудования, тщательная настройка установок, издающих шум, изменение частоты звука. Максимально допустимый уровень звука на рабочих местах производственных и вспомогательных зданиях составляет 95 дБА.

      Для измерения характеристики шума и вибрации на производстве существуют специальные приборы – шумомеры, анализаторы частоты шума и вибрации.

1.6.5. Воздействие на земельные ресурсы и почвенный покров

      Горные работы обычно изменяют окружающий ландшафт, поскольку обнажают ранее нетронутые рыхлые материалы.

      Риски для здоровья населения и экологии, связанные с почвами, можно разделить на две категории: (1) загрязнение почвы в результате разноса пыли ветром и (2) загрязнение почвы в результате утечек химических веществ. Летучая пыль может представлять собой серьезную экологическую проблему на некоторых рудниках. Токсичность пыли зависит от близости добываемой руды к конечным реципиентам. Высокие уровни тяжелых металлов и радионуклидов в переносимой ветром пыли обычно представляют собой наибольший риск. Почвы, которые подверглись химическому загрязнению в результате разливов на рудниках, могут представлять прямую и непосредственную опасность в случае, если эти материалы используются для возведения насыпей, создания декоративного антропогенного ландшафта или в качестве добавок к почве [18].

      Складирование отвальных хвостов требует значительных площадей земельных участков под хвостохранилища. Объем хвостов равен объему добытой руды с вычетом 2–3 % выхода концентрата. Хвостовое хозяйство является гидротехническим сооружением, которое включает хвостохранилище, пруд отстойник, аварийный пруд, оконтуренные ограждающими дамбами, а также комплекс насосных станций для перекачки хвостов и воды. Занимаемые площади с каждым годом растут с объемом добытой руды. Основную угрозу для земельных ресурсов и почвенному покрову может явиться прорывы дамбы или трубопровода, при которых будут затоплены гектары земельных участков.

1.6.6. Воздействие на флору и фауну

      Горные работы наносят как прямой, так и косвенный урон дикой природе, воздействуют на окружающую среду и связанную с ней биотипы путем уничтожения растительности и верхнего плодородного слоя почвы, перемещения фауны, выбросов загрязняющих веществ и шумового воздействия. Некоторые виды воздействия являются кратковременными и ограничены территорией горного отвода, другие могут иметь далеко идущий долгосрочный эффект.

      Воздействие на животный мир на рассматриваемых территориях выражается в исключении площади отвода земель как местообитания, факторе беспокойства, связанного с присутствием людей, работой техники и движения автотранспорта.

      Горные работы на поверхности могут привести к деградации водных местообитаний, при этом воздействие будет ощущаться на значительной площади от предприятия.

1.6.7. Воздействие при ликвидации и рекультивации

      Закрытие добывающего предприятия и рекультивационные работы становятся актуальными, когда экономически выгодные запасы руды истощаются, или, горнодобывающая деятельность окончательно прекращается. Целью рекультивации и ликвидации последствий производственной деятельности горнодобывающего предприятия является возвращение участка земли в состояние максимально идентичное его исходному состоянию с целью предотвращения выделения токсичных загрязняющих веществ из различных производственных объектов.

      При выполнении ликвидационных и рекультивационных работ, как и при производственной деятельности, возможно загрязнение атмосферного воздуха твердыми (пыль) и газообразными (выхлопные газы) веществами, образование и размещение отходов от демонтажа зданий и сооружений, образование загрязненного поверхностного стока и сброса шахтных вод в водные объекты, физические факторы воздействия.

      Надлежащее выполнение ликвидационных работ предотвращает образование загрязненных стоков, нарушение целостности дамб.

      При заполнении выработанного пространства водой абсорбированные на ее стенах продукты взрывчатых веществ (нитратный и аммиачный азот), использованные в горных работах и образованные во время закладки продукты окисления сульфидов смываются и способствуют распространению загрязненной воды по трещинам в подземные воды или путем поверхностного слива в водоемы.

      Кроме нагрузки сточных вод на водные объекты могут наблюдаться пылевые выбросы, в т. ч. из-за пыления поверхности незакрытых отвалов, хвостохранилищ или мест выемки руды. Так же, как и химический состав стоков, состав пыли зависит от минералогического и химического состава месторождения. Пыль может содержать вредные для окружающей среды тяжелые металлы или полуметаллы, также сульфидные минералы, окисление которых может вызывать закисление почв и вследствие этого также закисление поверхностных и подземных вод. В частности, если на поверхность поднята порода с кислой реакцией, то такие отвалы очень долго не покрываются растительностью.

      Другими возможными факторами риска для окружающей среды после закрытия карьера или рудника могут быть просадки грунта (провальные воронки), оседание земли и обвалы горных выработок или отвалов пустых пород.

      Работы по ликвидации и рекультивации последствий деятельности горнодобывающего предприятия должны проводиться в соответствии с требованиями национального законодательства при составлении плана ликвидации.

1.6.8. Запах

      К источникам запахов при производстве алюминия можно отнести криолит (запах фтора), органические соединения и растворители, металлические пары, образующиеся при электролизе алюминия и очистке сточных вод, а также кислые газы.

      Запахи также могут образовываться при транспортировке материалов сырья при производстве алюминия, таких как: каменноугольный пек, нефтяной кокс, мазут и т.п, а также при очистке газообразных соединений на установках ГОУ (оксиды углерода, фтористые газообразные соединения, оксиды серы, бензапирен).

      Правильное проектирование и надежная эксплуатация технологического оборудования при обработке металлов, а также выбор соответствующих реагентов являются одними из предупреждающих мер по предотвращению запахов.

      Производственный контроль запахов основан на предотвращении или сведении к минимуму использования материалов с резким запахом, локализации и устранении пахучих материалов и газов до их рассеивания и разбавления, обработке материалов путем дожигания или фильтрации (если это возможно).

1.7. Снижение воздействия на окружающую среду

      Для улучшения показателей в области экологической безопасности рассматриваются:

      возможность последовательного перехода от реализации мероприятий по устранению ущерба к оценке потенциальных экологических рисков и внедрению мер по предупреждению негативного воздействия производственной деятельности на окружающую среду;

      совершенствование процессов в рамках системы экологического менеджмента.

      Одной из основных природоохранных задач предприятия является снижение выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух.

      Большое разнообразие методов, способов очистки газопылевых смесей и конструкций установок связано с рядом существенных обстоятельств:

      стремлением реализовать наиболее эффективные технологии очистки, рационально сочетающие процессы нейтрализации, улавливания нескольких примесей и рассеивания очищенного газа в атмосфере (создание многоступенчатых систем пылегазоочисток и их интегрирование с системами утилизации уловленных компонентов);

      реализацией эколого-экономических требований обеспечения качества окружающей среды (очистка выбросов в атмосферу должна осуществляться с минимальными затратами при минимальном ущербе окружающей среде).

      В дополнение к этим актуальным, перспективными направлениям деятельности по снижению негативного воздействия на окружающую среду являются следующие:

      1. Совершенствование существующих и внедрение новых технологий производства продукции, при которых обеспечивается минимальное образование и поступление загрязняющих веществ в атмосферу. Для действующих производств необходимо выполнять требования технологического регламента и не допускать отклонения от него. В случае возникновения аварийных ситуаций или при неблагоприятных метеорологических условиях переходить на режимы работы, не допускающие существенных загрязнений окружающей среды. Одними из мер для действующего производства являются реализация технологий снижения выбросов за счет герметизации оборудования, применение методов нейтрализации образующихся в рабочей зоне вредных веществ, использование эффективных средств отведения технологических газов, а также замена изношенного оборудования и оснащение технологических объектов средствами автоматизированного контроля загрязнений.

      2. Совершенствование существующих и внедрение новых технологий очистки пылегазовых выбросов и рассеивания их в атмосфере. Прежде всего это конструктивное совершенствование оборудования и замена изношенных аппаратов на новые (аналогичные заменяемым или более эффективные).

      К мерам, применяемым для снижения воздействия на окружающую среду, можно также отнести перевод неорганизованных источников выбросов в организованные посредством, например, использования укрытий для открытых площадок хранения сыпучих материалов.

      Особое значение имеет устройство специализированных установок очистки, обеспечивающих наибольший эффект улавливания и нейтрализации вредных примесей выбросов данного технологического объекта.

2. Методология определения наилучших доступных техник

      Процедура определения НДТ для области применения настоящего справочника по НДТ организована НАО "Международный центр зеленых технологий и инвестиционных проектов" в лице Бюро НДТ (далее – Центр) и технической рабочей группой по вопросам разработки справочника по НДТ "Производство алюминия" в соответствии с положениями Правил и методологией определения НДТ.

      В рамках данной процедуры учтены международная практика и подходы к определению НДТ, основанные на справочном документе Европейского союза по НДТ "Справочный документ по НДТ для производства цветных металлов" (Best Available Techniques (BAT) Reference Document for the Non-Ferrous Metals Industries), справочном документе Европейского Союза по экономическим аспектам и вопросам воздействия на различные компоненты окружающей среды "EU Reference Document on Economics and Cross-Media Effects", а также руководстве по определению НДТ и установлению уровней экологической эффективности для выполнения условий получения экологических разрешений на основе НДТ "Best Available Techniques for Preventing and Controlling Industrial Pollution, Activity 4: Guidance Document on Determining BAT, BAT-associated Environmental Performance Levels and BAT-based Permit Conditions".

2.1. Детерминация, принципы подбора НДТ

      Определение НДТ основывается на соблюдении последовательности действий технической рабочей группой по вопросам разработки справочника по НДТ "Производство алюминия":

      1. Определение ключевых экологических проблем для отрасли с учетом маркерных загрязняющих веществ эмиссий.

      Для каждого технологического процесса производства алюминия определен перечень маркерных веществ (более детальная информация приведена в разделе 6 настоящего справочника по НДТ).

      Метод определения перечня маркерных веществ основывался преимущественно на изучении проектной, технологической документации и сведений, полученных в ходе проведенного КТА предприятий, относящихся к области применения настоящего справочника по НДТ.

      Из перечня загрязняющих веществ, присутствующих в эмиссиях основных источников загрязнения, для каждого технологического процесса в отдельности был определен перечень маркерных веществ при условии их соответствия следующим характеристикам:

      вещество характерно для рассматриваемого технологического процесса (вещества, обоснованные в проектной и технологической документации);

      вещество оказывает значительное воздействие на окружающую среду и (или) здоровье населения, в том числе, обладающее высокой токсичностью, доказанными канцерогенными, мутагенными, тератогенными свойствами, кумулятивным эффектом, а также вещества, относящиеся к стойким органическим загрязняющим веществам.

      2. Определение и описание техник-кандидатов, направленных на комплексное решение экологических проблем отрасли.

      При формировании перечня техник-кандидатов рассматривались технологии, способы, методы, процессы, практики, подходы и решения, которые направлены на комплексное решение экологических проблем области применения настоящего справочника по НДТ, из числа имеющихся в Республике Казахстан (выявленных в результате КТА) и в международных документах в области НДТ, в результате чего был определен перечень (количество) из техник-кандидатов, представленные в разделе 5.

      Для каждой техники-кандидата приведено технологическое описание и соображения касательно технической применимости техник-кандидатов; экологические показатели и потенциальные выгоды от внедрения техники-кандидата; экономические показатели, потенциальные кросс-медиа (межсредовые) эффекты и необходимые условия.

      3. Анализ и сравнение техник-кандидатов в соответствии с показателями технической применимости, экологической результативности и экономической эффективности.

      В отношении рассматриваемых в качестве НДТ техник-кандидатов была проведена оценка в следующей последовательности:

      1) оценка техники-кандидата по параметрам технологической применимости;

      2) оценка техники-кандидата по параметрам экологической результативности;

      Был проведен анализ экологического эффекта от внедрения техник-кандидатов, выраженный в количественном значении (единица измерения или % сокращения/увеличения), в отношении следующих показателей:

      атмосферный воздух: предотвращение и (или) сокращение выбросов;

      водопотребление: сокращение общего водопотребления;

      сточные воды: предотвращение и (или) сокращение сбросов;

      почва, недра, подземные воды: предотвращение и (или) сокращение влияния на компоненты природной среды;

      отходы: предотвращение и (или) сокращение образования/накопления производственных отходов и/или их вторичное использование, восстановление отходов и энергетическая утилизация отходов;

      потребление сырья: сокращение уровня потребления, замещение альтернативными материалами и (или) отходами производства и потребления;

      энергопотребление: сокращение уровня потребления энергетических и топливных ресурсов; использование альтернативных источников энергии; возможность регенерации, рециклинга веществ и рекуперации тепла; сокращение потребления электро- и теплоэнергии на собственные нужды;

      шум, вибрация, электромагнитные и тепловые воздействия: снижение уровня физического воздействия.

      Также учитывалось отсутствие или наличие кросс-медиа эффектов.

      Соответствие или несоответствие техники-кандидата каждому из вышеперечисленных показателей основывалось на сведениях, полученных в результате КТА.

      3) оценка техники-кандидата по параметрам экономической эффективности.

      Оценка экономической эффективности техники-кандидата не является обязательной, однако, по решению большинства членов технической рабочей группы, экономическая оценка НДТ проводилась членами технической рабочей группы-представителями промышленных предприятий в отношении некоторых техник, имеющих внедрение и эксплуатируемых на хорошо функционирующих промышленных установках/заводах.

      Факт промышленного внедрения устанавливался в результате анализа сведений, выявленных в результате КТА.

      4. Определение технологических показателей, связанных с применением НДТ.

      Определение уровней эмиссий и иных технологических показателей, связанных с применением НДТ в большинстве случаев применено в отношении техник, обеспечивающих снижение негативного антропогенного воздействия и контроль загрязнения на конечной стадии производственного процесса.

      Так, технологические показатели, связанные с применением НДТ, определялись в том числе и с учетом уровней национального отраслевого "бенчмарка", что подтверждено документами проведенного КТА.

2.2. Критерии отнесения техник к НДТ

      В соответствии с п. 3 ст. 113 Экологического кодекса НДТ определяются на основании сочетания следующих критериев:

      1) использование малоотходной технологии;

      2) использование менее опасных веществ;

      3) способствование восстановлению и рециклингу веществ, образующихся и используемых в технологическом процессе, а также отходов, насколько это применимо;

      4) сопоставимость процессов, устройств и операционных методов, успешно испытанных на промышленном уровне;

      5) технологические прорывы и изменения в научных знаниях;

      6) природа, влияние и объемы соответствующих эмиссий в окружающую среду;

      7) даты ввода в эксплуатацию для новых и действующих объектов;

      8) продолжительность сроков, необходимых для внедрения наилучшей доступной техники;

      9) уровень потребления и свойства сырья и ресурсов (включая воду), используемых в процессах, и энергоэффективность;

      10) необходимость предотвращения или сокращения до минимума общего уровня негативного воздействия эмиссий на окружающую среду и рисков для окружающей среды;

      11) необходимость предотвращения аварий и сведения до минимума негативных последствий для окружающей среды;

      12) информация, опубликованная международными организациями;

      13) промышленное внедрение на двух и более объектах в Республике Казахстан или за ее пределами.

2.3. Экономические аспекты внедрения НДТ

2.3.1. Подходы к экономической оценке НДТ

      НДТ как правило широко известны во всем мире, а экономическая оценка является дополнительным критерием для принятия решения о возможности или отказе от внедрения НДТ. НДТ также считается приемлемой, если есть однозначные свидетельства/примеры результатов еҰ успешной промышленной эксплуатации. Так, странами ЕС при определении НДТ учитываются только технологии, уже вышедшие на промышленную эксплуатацию, и природоохранная эффективность которых подтверждена практически.

      Следует понимать, что НДТ не всегда приносят экономический эффект и их применимость определяется инвестиционной обоснованностью использования тех или иных технологических процессов, установок/агрегатов/оборудования, стоимости реагентов и компонентов, соотношения затрат и выгод, стоимости капитала, сроков реализации внедрения НДТ и многих других факторов. Общая экономическая эффективность НДТ определяется финансово-экономическими условиями конкретного предприятия и планово-экономические финансовые службы предприятия проводят самостоятельное технико-экономическое обоснование осуществимости НДТ.

      В соответствии с общепринятыми в мировой практике подходами, экономическая оценка эффективности внедрения НДТ может осуществляться различными способами:

      по инвестиционной обоснованности затрат;

      по анализу затрат и выгод;

      по отношению затрат к ряду ключевых показателей предприятия: оборот, операционная прибыль, добавленная стоимость и др. (при доступности соответствующих финансовых данных);

      по затратам к достигаемому экологическому результату и др.

      Каждый из способов экономической оценки отражает результат реализации мероприятий по охране окружающей среды на различные аспекты финансово-экономической деятельности предприятия и может служить источником принятия решения по НДТ. Оператор объекта применяет к экономической оценке НДТ наиболее приемлемый для него, с учетом отраслевой и производственной специфики, способ оценки или их сочетание.

      По результатам общей экономической оценки НДТ могут быть ранжированы, как:

      экономически эффективные, когда техника сокращает расходы, дает экономию денежных средств и/или незначительно влияет на себестоимость продукции;

      экономически эффективные при определенных условиях, когда техника приводит к увеличению затрат, но дополнительные расходы считаются приемлемыми для экономических условий предприятия и находятся в разумной пропорции к полученным экологическим выгодам;

      экономически неэффективные, когда техника приводит к увеличению затрат, а дополнительные расходы не считаются приемлемыми для экономических условий предприятия или несоразмерны полученным экологическим выгодам.

      При выборе между несколькими альтернативными НДТ проводится сравнение соответствующих показателей экономической эффективности для определения наименее затратных.

      В целом, переход на принципы НДТ должен быть экономически выгоден предприятию и не должен снижать его экономическую эффективность и ухудшать финансовое состояние в долгосрочной перспективе.

      При экономической оценке НДТ должны быть также приняты во внимание вопросы возможности реализации проектов НДТ в целом по отрасли с учетом сохранения текущего уровня эффективности и рентабельности производства в долго-, средне- и краткосрочной перспективе.

      НДТ может быть признана экономически приемлемой на отраслевом уровне, если возможность ее реализации с учетом общих финансовых затрат и экологических выгод подтверждается в масштабе, достаточном для широкого внедрения в данной отрасли.

      Для НДТ, требующих существенных инвестиционных капитальных вложений, должен быть определен разумный баланс между запросом гражданского общества на реализацию природоохранных мероприятий в целях снижения негативного воздействия на окружающую среду и инвестиционными возможностями оператора объекта. При этом ответственность за доказательство условий, по которым к процессу внедрения НДТ должен быть применен особый режим, несҰт оператор объекта.

2.3.2. Способы экономической оценки НДТ

      С точки зрения прибыльности и экономичности инвестиции в НДТ оцениваются, как:

      прибыльные – в случае получения дополнительных доходов от их реализации или экономии средств;

      неприбыльные в доходной части, но допустимые с точки зрения текущего или будущего финансового состояния компании;

      неприбыльные и недопустимые по своим финансовым затратам;

      достигающие разумной экологической пользы по сравнению с затратами;

      имеющие необоснованно высокие затраты по сравнению с достигнутым экологическим эффектом.

2.3.2.1. Соотношение затрат и ключевых показателей предприятия

      Для определения целесообразности инвестиций в мероприятия по охране окружающей среды может быть проанализировано соотношение расходов на НДТ и ряда ключевых экономических результатов деятельности предприятия: валовый доход, оборот, операционная прибыль, себестоимость и др. (при доступности данных).

      При данной оценке может стать полезной шкала справочных значений, полученных по данным анкетирования европейских предприятий (Голландия), ранжирующих значения на три категории:

      приемлемые затраты – если инвестиции относительно малы по сравнению с ключевыми показателями и можно считать их приемлемыми без дальнейшего обсуждения;

      обсуждаемые – средние затраты, когда затруднительно или невозможно дать четкую оценку целесообразности инвестиций;

      неприемлемые затраты – если инвестиции чрезмерны по отношению к ключевым результатам деятельности предприятия.

      Таблица 2.1. Ориентировочные справочные значения осуществимости инвестиций в охрану окружающей среды [22]

№ п/п

Соотношение затрат к ключевым показателям

Приемлемые

Обсуждаемые

Неприемлемые

1

2

3

4

5

1

Годовые затраты/оборот

< 0,5 %

0,5 – 5 %

> 5 %

2

Годовые затраты/ операционная прибыль

< 10 %

10 – 100 %

> 100 %

3

Годовые затраты/ добавленная стоимость

< 2 %

2 – 50 %

> 50 %

4

Годовые затраты/ общие инвестиционные расходы на НДТ

< 10 %

10 – 100 %

> 100 %

5

Годовые затраты/ годовой доход

< 10 %

10 – 100 %

> 100 %


      Шкала справочных значений позволяет быстро исключить технологии с явно высокими затратами или определить техники, затраты на внедрение которых можно считать осуществимыми без какого-либо дополнительного анализа.

      Вместе с тем ввиду большого интервала значений внутри категории "обсуждаемые", значительная часть осуществляемых природоохранных инвестиций может попасть в этот диапазон, что делает их слишком неопределенными для однозначного вывода об обоснованности инвестиций.

      В этом случае целесообразность вложений должна оцениваться с учетом дополнительных отраслевых аспектов, таких как период реализации проекта по внедрению НДТ, общий уровень инвестиций в охрану окружающей среды, текущая рыночная и финансовая ситуация и др.

      В целом шкала справочных затрат может рассматриваться как оценочный ориентир, применимый в некоторых случаях оценки НДТ, и использоваться для построения предприятием собственной шкалы значений с учетом своего финансово-экономического состояния, которые могут применяться при рассмотрении вопросов внедрения НДТ.

      Также при наличии данных о годовом объеме производства и доходах от реализации товарной продукции могут быть определены такие важные показатели экономической эффективности, как затраты предприятия на внедрение НДТ по отношению к единице произведенной продукции, то есть объем денежных средств, которые предприятие расходует на внедрение НДТ при производстве единицы продукции, а также прирост себестоимости на единицу продукции.

2.3.2.2. Прирост себестоимости на единицу продукции

      Существенным фактором для определения применимости НДТ являются дополнительные затраты, которые несет предприятие при еҰ внедрении в текущий производственный процесс. Это увеличивает себестоимость продукции и снижает потенциал НДТ с точки зрения еҰ экономической эффективности.

      Себестоимость производства единицы продукции определяется как отношение общих годовых денежных затрат на производство продукции к годовому физическому объему производства. Процентное соотношение общих годовых затрат на внедрение НДТ и производственной себестоимости выражает прирост затрат на производство с учетом дополнительных расходов предприятия на природоохранные мероприятия.

      Например, европейское исследование на автозаправочных станциях показывает, что технология улавливания паров привела к увеличению себестоимости бензина на 0,1–0,2 евроцента за литр. По сравнению с операционной маржой в 12,0 евроцентов за литр представляется, что увеличение себестоимости приемлемо с точки зрения эффективности.

2.3.2.3.Соотношение затрат и экологического результата

      Для настоящего справочника по НДТ основным способом экономической оценки НДТ определен анализ расходования денежных средств предприятия на внедрение НДТ и достигаемый экологический результат от еҰ внедрения в виде снижения/предотвращения эмиссии загрязняющих веществ и/или сокращения отходов. Соотношение данных величин определяет эффективность вложенных средств на единицу массы/объема сокращаемого загрязняющего вещества и/или отходов в годовом исчислении.

Эффективность затрат =

Общие годовые затраты

Годовое сокращение эмиссии

      Под годовыми затратами понимается сумма капитальных (инвестиционных) затрат (расходов) в годовом исчислении (пересчет в годовом исчислении производится с коэффициентом годового пересчета, как функции срока службы оборудования и ставки дисконтирования) и операционных (эксплуатационных) расходов, распределенных по всему сроку службы рассматриваемой техники.

      При расчете годовых затрат применяется формула:

     


      где:

      I0 - общие инвестиционные расходы в год приобретения,

      OС - годовые чистые операционные расходы,

      r - ставка дисконтирования,

      n - ожидаемый срок службы.

      Годовые затраты отражают объем инвестиций на проект внедрения НДТ с учетом временнόй стоимости капитала и сроком службы соответствующего оборудования.

      Для правильного определения годовых затрат на НДТ должна быть применена согласованная ставка дисконтирования с учетом срока службы средозащитного оборудования, а также обеспечена достаточная детализация инвестиционных капитальных вложений и распределение по элементам эксплуатационных затрат.

      Результат соотношения годовых затрат к достигнутому экологическому результату выражает объем денежных средств оператора НДТ в годовом исчислении, который расходуется на уменьшение эмиссии загрязняющего вещества на одну единицу массы/объема.

      Сравнение полученных показателей соотношения затрат к достигнутому экологическому результату по различным техникам-кандидатам позволяет сделать вывод насколько экономически эффективна с точки зрения денежных затрат предприятия на НДТ та или иная техника-кандидат и, соответственно, принять решение об еҰ использовании или отказа от данной НДТ.

      Как правило, перед внедрением НДТ планово-экономические/финансовые службы предприятия проводят технико-экономическое обоснование еҰ осуществимости. При этом применение НДТ может быть связано с большими затратами и не всегда приносить экономический эффект.

      В качестве ориентировочных может быть приведен приемлемый уровень эффективности затрат мероприятий по сокращению выбросов на практике предприятий Нидерландов [23].

      Таблица 2.2. Ориентировочные справочные затраты на внедрение технологии из расчета на единицу массы загрязняющего вещества

№ п/п

Загрязняющее вещество

Евро на 1 кг снижения выбросов
загрязняющих веществ

1

2

3

1

ЛОС

5

2

Пыль

2,5

3

NOX

5

4

SO2

2,5


2.3.3. Платежи и штрафы за негативное воздействие на окружающую среду

      При экономической оценке НДТ может оказаться полезным расчет платежей, подлежащих к выплате за негативное воздействие на окружающую среду в соответствии с налоговым законодательством Республики Казахстан и экологическими штрафами, установленными Административным кодексом.

      В настоящее время на государственном уровне принимаются меры по стимулированию внедрения НДТ, в частности для предприятий, внедряющих НДТ, устанавливается нулевой коэффициент к ставкам платежей в бюджет, уплачиваемых за негативное воздействие на окружающую среду, и достигаемая экономия средств может стать решающим фактором для принятия решения о внедрении НДТ. Кроме того с 2025 года в целях активной реализации мер по защите окружающей среды и применения НДТ к действующим ставкам платы за негативное воздействие на окружающую среду предприятиями I категории будет применяться повышающий коэффициент 2 (двукратное увеличение платежей), с 2028 г. – коэффициент 4 и с 2031 г. – коэффициент 8 [24].

      Кроме ставок платежей, установленных налоговым законодательством на республиканском уровне, местные представительные органы (маслихаты) также имеют право повышать установленные ставки платы (за исключением выбросов загрязняющих веществ от сжигания попутного и/или природного газа в факелах), но не более, чем в 2 раза.

      Порядок и ставки платы за негативное воздействие на окружающую среду на основании соответствующего экологического разрешения регулируются налоговым законодательством Республики Казахстан [25].

      Осуществление эмиссий без экологического разрешения на действующий объект, оказывающий негативное воздействие на окружающую среду, влечет штраф в размере десяти тысяч процентов от соответствующей ставки платы за негативное воздействие на окружающую среду в отношении превышенного количества загрязняющих веществ [26].

2.3.4. Расчет на установке

      Процесс внедрения технологий по снижению содержания загрязняющих веществ, особенно на крупных промышленных предприятиях, часто является составной частью общего процесса модернизации или проведения комплексных мероприятий по повышению эффективности производства.

      Для исключения влияния других инвестиционных и операционных расходов, которые оператор объекта несет в ходе своей обычной производственной деятельности или реализации других инвестиционных проектов, сведения о затратах на первичные и вторичные мероприятия по сокращению негативного воздействия на окружающую среду должны представлять только ту часть затрат, которую предприятие расходует на НДТ.

      В таких условиях для исключения влияния инвестиционных и операционных расходов, которые оператор объекта осуществляет в ходе реализации таких мероприятий, объективными данными, используемыми для определения НДТ, являются данные о расходах на природоохранное мероприятие на установке, то есть направленные исключительно на сокращение и/или предотвращение эмиссии загрязняющих веществ в окружающую среду на данном технологическом этапе или средозащитной установке.

      В расчетах на установке в общую сумму затрат включается:

      стоимость основной технологии/установки/оборудования и других необходимых компонентов, являющихся неотъемлемой частью НДТ;

      стоимость дополнительных и вспомогательных пред/после очистных технологий/установок/оборудования и сооружений;

      стоимость необходимых расходных материалов, сырья и реагентов, без которых применение НДТ невозможно технологически.

      Расчет на установке исключает фактор неопределенности при классификации общих расходов оператора объекта по статьям затрат, а также позволяет сравнить затраты предприятия на альтернативные НДТ по сопоставимым показателям. Такой же принцип используется при расчете выгод НДТ.

      Конкретные примеры расчетов по экономической оценке НДТ для каждой отрасли просчитываются в рамках технико-экономического обоснования (ТЭО).

3. Применяемые процессы: технологические, технические решения, используемые в настоящее время

      Настоящий раздел справочника по НДТ содержит описание основных технологических процессов, в числе которых добыча бокситов, производство глинозема и первичного алюминия.

3.1. Процессы производства алюминия

      Производство алюминия делится на три основных этапа: добыча бокситов – алюминий содержащей руды, их переработка в глинозем – оксид алюминия, и получение чистого металла с использованием процесса электролиза – распада оксида алюминия на составные части под воздействием электрического тока.

      Из 4–5 тонн бокситов получается 2 тонны глинозема, из которого производят 1 тонну алюминия. В мире существуют несколько видов алюминиевых руд, но основным сырьем для производства этого металла являются именно бокситы. Это горная порода, состоящая в основном из оксида алюминия с примесью других минералов.

      Боксит считается качественным, если он содержит более 50 % оксида алюминия.

      Добыча бокситов. Производство алюминия начинается с добычи бокситов. Это горная порода богата алюминием, который содержится в ней в форме гидроксидов.

      Производство глинозема. Боксит дробят, высушивают и размалывают в мельницах вместе с определенным количеством оборотным щелочным раствором.

      Электролиз алюминия. На электролизном заводе глинозем засыпают в ванны с расплавленным криолитом при температуре 950 0С. Через раствор пропускают электрический ток силой до 400 кА и выше – он разрывает связь между атомами алюминия и кислорода, в результате металл в жидкой форме собирается на дне ванны.

      Первичный алюминий. Первичный алюминий отливается в слитки (алюминиевые чушки) и отправляется потребителям, а также используется для дальнейшего производства алюминиевых сплавов для различных целей.

      Алюминиевые сплавы. Литейные алюминиевые сплавы служат для получение готовых изделий путем отливки металла в формы. При этом необходимых свойств от сплава добиваются добавлением к нему различных добавок: кремния, меди и магния. Из таких сплавов производят, например, детали автомобильных и авиационных двигателей или колесные диски.

      Переработка алюминия. В отличие от железа алюминий не подвержен коррозии, поэтому изделия из него можно переплавлять и использовать металл бесконечное количество раз. При этом переработка алюминия требует всего 5 % впервые затраченной на изготовление алюминия энергии.

3.1.1. Технологический процесс добычи бокситов

      В обобщенном виде технологической схемы добычи бокситов можно выделить следующие технологические процессы и этапы производства, проводимые на месторождениях, входящих в состав рудоуправления (таблица 3.1).

      Таблица 3.1. Технологические процессы и этапы добычи бокситов

№ п/п

Наименование технологического этапа

Краткое описание проводимых работ и результата технологического этапа


1

2

3

1

Подготовка к выемке РГМ

В процессе подготовки РГМ к выемке осуществляется осушение обводненных частей карьерного поля, вывод поверхностных водных источников за пределы горного отвода, удаление лесного и кустарникового покрова, обеспечение транспортными коммуникациями (их трассировка с планировкой поверхности), вскрытие со снятием или использованием ПСП с территорий, подлежащих нарушению, ее осушение и рыхление (взрывание).
По характеру и времени выполнения работы по подготовке к выемке РГМ подразделяются на горно-капитальные и эксплуатационные.
1. Горно-капитальные работы.
1.1. Разметка вскрываемого рудного тела. В пределах карьерного поля осуществляется разметка (вынос на натуру) подлежащих вскрытию частей карьерного поля, включая вскрываемое рудное тело, места размещения отвалов, промышленных площадок, транспортных коммуникаций.
1.2. Снятие ПСП. ПСП срезают со всей площади, отведенной для вскрытия РГМ, а также размещения отвалов (плодородного почвенного грунта, пустой породы, огнеупорных глин), промышленных площадок, транспортных коммуникаций и производственных зданий, и сооружений.
1.3. Горно-капитальные вскрышные работы. Ведутся для создания первоначального фронта добычных работ при строительстве карьера и в период его эксплуатации для сохранения и развития этого фронта.
2. Эксплуатационные вскрышные работы. Ведутся для создания фронта добычных работ, обеспечивающих соблюдение норматива вскрытых и подготовленных запасов карьера в период его эксплуатации для сохранения и развития этого фронта.
2.1. Зачистка РГМ производится для обеспечения качества добываемого боксита.
2.2. Осушение РГМ проводится с целью обеспечения требуемого качества добываемых бокситовых руд, создания экономических эффективных и безопасных условий ведения горных работ, а также для обеспечения охраны недр и водных ресурсов.
2.3. Рыхление РГМ. При невозможности начать добычу сразу после зачистки и осушения РГМ экскаватором появляется необходимость каменистую РГМ подвергнуть предварительному рыхлению механическим способом с использованием бульдозера или массового взрыва в зависимости от крепости РГМ

2

Добыча РГМ

Транспортировка породы производится автомобильным транспортом. Зоны выгрузки руды на складе боксита определяются начальником участка и старшим геологом, которые руководствуются качественными показателями руды. В процессе добычи геологическая служба производит визуальный контроль за ходом добычных работ, изучает характер контакта бокситов с вмещающими породами, следит за поведением почвы рудного тела, наличием нерудных прослоев, при необходимости отбирает забойные пробы и производит зарисовки рудных забоев

3

Усреднение дробленой РГМ

Целью усреднения дробленной РГМ (шихтоподготовка) является формирование штабелей руды с заданным содержанием основных компонентов (Al2O3, SiO2, Fe2O3, CO2, S, Mкр) и влажности. На основании данных химического анализа дробленой РГМ составляется расчет формирования штабеля готовой руды. В расчете определяется необходимое количество дробленой руды из разных конусов для формирования штабеля заданного качества. После окончания формирования расчетного штабеля производится его перемешивание путем переэкскавации (не менее трех раз)

4

Дробление РГМ

Дробление РГМ осуществляется на спланированную и очищенную площадку. При отрицательных температурах производится "перемораживание" влажной РГМ путем дополнительной переэкскавации еҰ до приведения к сыпучему состоянию во избежание смерзания

5

Размещение РГМ на складах

РГМ завозится автотранспортом на перегрузочный и усреднительный склады или железнодорожным транспортом с перегрузочного на усреднительный склад. Выгрузка РГМ из думпкаров производится в месте (приямке), определенном паспортом склада. РГМ из приямка с помощью экскаватора направляется на дальнейшее дробление. РГМ разного качества складируется раздельно.

6

Отгрузка боксита

По прибытию порожних полувагонов производится их осмотр на чистоту, при необходимости производится их чистка и обработка от смерзаемости. После обработки полувагонов выдается разрешение на погрузку. По окончании погрузки производится взвешивание и дозировка. После производится выводка груженных полувагонов на станцию примыкания, где производится их прием в коммерческом и техническом плане сотрудниками АО "КТЖ – Грузовые перевозки"

7

Вспомогательные процессы

Выбросы от существующих источников выбросов (участок дробления, склады огнеупорных глин, тепловоз ТЭМ, пункт обработки вагонов, склад извести, РММ, автоколонна 3, сварочные работы в карьере, участок ОТКиХА), не затрагивающих проведение работ в карьерах

     


      Рисунок 3.1. Технологические процессы и этапы добычи бокситов

3.1.2. Технологический процесс производства глинозема

      Таблица 3.2. Технологические процессы и этапы производства глинозема

№ п/п

Наименование технологического этапа

Краткое описание проводимых работ и результата технологического этапа


1

2

3

1

Прием сырья и передача в процесс

На данном этапе осуществляется прием, дробление, усреднение поступающего на завод сырья (боксита, известняка, угля) с последующей выдачей на шихтовальный передел и в расходные склады ЦПС; усреднение сырья, его временное хранение и подача в технологический процесс в основные цеха

2

"Байеровская" ветвь последовательной схемы получения из боксита товарного глинозема

На данном этапе осуществляется процесс упаривания растворов путем нагрева его паром от собственной ТЭЦ. Полученный концентрированный раствор (оборотный) направляется в голову процесса ГМЦ, где происходит обеспечение прокалки гидрата с получением конечного продукта – глинозема

3

Переработка красного шлама ветви Байера с получением алюминатного раствора

На данном этапе осуществляется доизвлечение глинозема (Al2O3) из красного шлама и компенсации потерь щелочи (Na2O) в Байеровской ветви. ЦС производит высокотемпературную переработку шихты в печах спекания с целью протекания химических реакций и извлечения полезных компонентов, дробление спека печей спекания и передачу на участок гидрохимии

4

Вспомогательные подразделения

Выполнение ремонтных работ основного оборудования, подвижного железнодорожного состава, обслуживание и ремонт автотранспортной и дорожно-строительной техники, выполнение химических анализов проб, проведение лабораторных исследовательских работ, опытно-технологических испытаний и технологических обследований, а также охлаждение оборотной воды. Имеются склады с материалами. Выполнение маневровых работ с железнодорожными вагонами и цистернами осуществляются маневровыми тепловозами железнодорожного цеха


3.1.3. Технологический процесс производства первичного алюминия

      Таблица 3.3. Технологические процессы и этапы производства первичного алюминия

№ п/п

Наименование технологического этапа

Краткое описание проводимых работ и результата технологического этапа

1

2

3

Технологический процесс: АУП

1

Организационные процессы

Системы менеджмента предприятия (в т. ч. экологического)

2

Технологический процесс: производство алюминия первичного

Электролизное производство алюминия

Алюминий производится в процессе электролиза криолитоглиноземных расплавов с предварительно обожженными анодами с последующим откачиванием в ковши, выливкой в миксер и розливом в изложницы

3

Технологический процесс: производство обожженных анодов

Основной цех по производству обожженных анодов

Формирование зеленых анодов с последующим обжигом анодов

4

Технологический процесс: прочие процессы

Вспомогательные процессы

Хранение топлива, сырья и материалов, ремонтные работы, транспортировка, выливка чушек (устройство разливки непрерывной литейной машины производительностью 16–22 т/час)


3.2. Добыча бокситов

3.2.1. Открытая добыча бокситовой руды

      Преимуществами открытого способа добычи перед подземным являются возможность обеспечения высокого уровня комплексной механизации и автоматизации горных работ, что обеспечивает высокую производительность труда и меньшие затраты на добычу полезного ископаемого; более безопасные и комфортные условия труда; более полное извлечение полезного ископаемого; меньшие удельные капитальные затраты на строительство горного предприятия.

      К основным недостаткам открытого способа отработки запасов месторождения можно отнести необходимость выемки из карьера (или перемещения в его контуре) значительных объемов вскрышных пород (объем удаляемых вскрышных пород обычно значительно превышает объем добываемого полезного ископаемого); необходимость соблюдения определенной последовательности отработки слоев (выемка нижележащего слоя горных пород можно начинать только с некоторым отставанием во времени от начала выемки вышележащего слоя); необходимость временного отчуждения значительных площадей земли, существенное изменение ландшафта; существенное изменение гидрологической ситуации в районе ведения добычных работ. Кроме того, в карьерах значительной глубины создаются трудности в удалении газов и пыли после взрывных работ, что ухудшает санитарно-гигиенические условия труда горнорабочих и загрязняет окружающую среду.

      Основными процессами открытых горных работ являются (рис. 3.2.): снятие ПСП, производство вскрышных работ, буровзрывные работы, добыча руды, транспортировка, первичное дробление, складирование отвальных пород.

      При открытой добыче руд основными источниками воздействия на атмосферный воздух являются выбросы пыли при проведении работ по снятию и хранению ПСП, производстве вскрышных, добычных работ, выбросы пыли и газообразных веществ при буровзрывных работах и работе горнотранспортного оборудования, а также выбросы пыли при первичном дроблении и складировании отвальных пород.

      Все источники выбросов загрязняющих веществ являются неорганизованными. Основными загрязняющими веществами являются пыль неорганическая, содержащая 70–20 % двуокиси кремния, азота диоксид, азота оксид, углерод (сажа), керосин, сера диоксид, углерод оксид.

      В процессе разработки карьера открытым способом в случае вскрытия водоносного горизонта образуются карьерные сточные воды, а также дождевые (ливневые) и талые сточные воды. Вода расходуется на производственные нужды либо направляются в пруды-испарители.

     


      Рисунок 3.2. Разработка карьера открытым способом

      При открытой добыче бокситовой руды на предприятиях могут использоваться следующие энергетические ресурсы:

      моторное топливо (дизельное топливо);

      электрическая энергия.

      В виду того, что на предприятиях в большей степени не налажен раздельный учет потребляемых энергетических ресурсов по технологическим переделам были рассмотрены укрупненные показатели потребления ТЭР и удельных расходов на производимую продукцию.

3.2.1.1. Снятие ПСП и его складирование

      В соответствии с основными положениями по восстановлению земель предприятия, разрабатывающие месторождения полезных ископаемых открытым способом, а также проводящие другие работы, вызывающие нарушение почвенного покрова (механическое повреждение, загрязнение, затопление), обязаны снимать и транспортировать к месту укладки (или временного хранения) ПСП и наносить его на восстанавливаемые земли или малопродуктивные угодья.

      Горнотехническая рекультивация земель, нарушенных горными работами, начинается со снятия ПСП на всех площадях, отведенных под производственные объекты предприятия. Снятие ПСП с использованием бульдозеров различных моделей является наиболее распространенным. Плодородный слой снимается последовательными заходками, и создается временный почвенный штабель. Погрузка почвы производится экскаваторами или погрузчиками в транспортные средства. Бульдозер работает по следующей схеме: машина срезает и перемещает слой почвы в штабель на расстояние, не превышающее оптимальное расстояние транспортирования, исходя из конструктивных особенностей оборудования, а затем возвращается в исходное положение, и цикл повторяется.

      При наличии автотранспорта его целесообразно использовать для перевозки плодородного грунта. В этом случае снятый бульдозером плодородный слой собирается в штабель с последующей погрузкой в транспорт погрузчиком. Съем ПСП и погрузка его в автотранспорт осуществляется погрузчиками на гусеничном или пневмоколесном ходу. Погрузчики обладают большой маневренностью, высокой производительностью и применяются на выемочно-погрузочных работах в карьере. По техническим параметрам погрузчик может снимать ПСП и укладывать их в штабель с последующей погрузкой в транспорт. При использовании погрузчиков площадь, отведенная для съема почвы, разрабатывается отдельными участками. Обычно длина участка не превышает 100 м. Складирование ПСП осуществляется во временные отвалы.

      Таблица 3.4. Типы применяемого оборудования на карьерах по добыче бокситовой руды


№ п/п

Наименование
предприятия/
структурного
подразделения

Оборудование вспомогательных процессов (снятие плодородного слоя, зачистка забоев, подготовка дорог, отвалообразование)

1

2

3

1

А1

Бульдозеры Komatsu D-275, CAT D10T, Liebherr PR764, автогрейдеры Komatsu GD705A-4, полив автодорог и забоев БелАЗ


      Снятие и складирование ПСП осуществляется в соответствии с требованиями действующего законодательства. Временные отвалы ПСП размещаются в основном поперек склонов, что препятствует выносу ливневыми потоками за пределы участка, смыву и размыву участка складирования. В случае длительного хранения производится засев поверхности отвала семенами многолетних трав.

3.2.1.2. Вскрышные работы

      Вскрышные работы – горные работы по удалению покрывающих руду пустых (вскрышных) пород, включают процессы подготовки пород к выемке, выемочно-погрузочные работы, транспортировку и отвалообразование. Вскрышные работы ведутся для создания первоначального фронта добычных работ при строительстве карьеров и в период эксплуатации для сохранения и развития этого фронта. Вскрышные породы, не содержащие полезных компонентов, удаляются во внешние или внутренние отвалы. В случае, если вскрышные породы пригодны в строительной сфере (песок, глина, известняк и так далее), то они могут направляться на дальнейшею переработку в виде дробления и сортировки или реализовываться сторонним потребителям [27].

      Вскрышные работы подразделяются на горно-капитальные и текущие.

      Горно-капитальные вскрышные работы в основном выполняются на карьере до его ввода в эксплуатацию на пусковую мощность и к ним относятся работы, связанные с удалением вскрышных пород, а также возведение первоначальных отвальных насыпей. После ввода в эксплуатацию к горно-капитальным вскрышным работам также будут относиться работы по проходке капитальных траншей и полутраншей, тоннелей, рудоспусков и т. д. При реконструкции и расширении карьера к горно-капитальным вскрышным работам относятся проходка постоянных вскрывающих выработок и удаление пустых пород в объеме, определҰнном технико-экономическими расчҰтами.

      Текущие вскрышные работы производятся на предприятии в период его эксплуатации. Это работы по зачистке вскрытых запасов полезных ископаемых, проведению очередных участков разрезных траншей на вскрытых уступах (для увеличения длины фронта работ), удалению покрывающих и вмещающих пустых пород в отвалы [28].

      Таблица 3.5. Общие сведения о типах применяемого оборудования на карьерах по добыче бокситовой руды

№ п/п

Наименование
предприятия/
структурного
подразделения

Типы выемочных машин на вскрышных и добычных работах

Технические характеристики, определяющие степень воздействия на окружающую среду

1

2

3

4

1

А1

Экскаваторы ЭШ-6.5/45, ЭШ-14/50, ЭШ-10/70, Hitachi EX1900 и EX2500,

Массогабаритные размеры
Давление на грунт
Тип, объем и мощность двигателя внутреннего сгорания
Тип используемого топлива
Расход топлива


      Из таблицы видно, что в качестве выемочных машин для разработки месторождений используются экскаваторы типа ЭКГ, ЭШ и гидравлические экскаваторы различных производителей.

3.2.1.3. Буровзрывные работы

      Буровзрывные работы представляют собой комплекс работ, связанных с подготовкой скального массива пород к экскавации. Ввиду крепости скальных пород их экскавация без предварительного буровзрывного или механического рыхления не может быть произведена: современным канатным, реечным или гидравлическим экскаваторам не хватает усилия на ковше для разрушения скального массива пород. Поэтому для подготовки к экскавации плотных, рыхлых, смерзшихся или скальных горных пород к выемке применяются предварительное рыхление, механические (фрезы, рыхлители) или буровзрывные способы [29].

      Ввиду большой производительности и конструктивных параметров, таких как высота забоя до 15 м карьеров по добыче руды, механическая подготовка массива нецелесообразна и малоэффективна, а порой и технически невозможна. Развитие буровзрывных работ в карьерах происходило в зависимости от совершенствования средств взрывания и методов бурения скважин для закладки взрывчатых веществ. Расчет параметров взрывного рыхления базируется на пропорциональной зависимости разрушенного объема определенной горной породы от массы заряда взрывчатого вещества. Свойства массива в этом расчете учитываются через удельный расход взрывчатого вещества, величина которого устанавливается расчетными методами или эмпирически. В настоящее время на всех карьерах используется буровзрывной способ рыхления массива, основанный на методе скважинных зарядов. Взрывчатое вещество закладывается непосредственно в скважины, пробуренные буровыми станками в массиве пород.

      Горнорудные предприятия определяют для себя оптимальный диаметр бурения, исходя из опыта проведения буровзрывных работ и научно-исследовательских работ. Зачастую на предприятиях имеются станки с разным диаметром бурения, применяемые в тех или иных условиях и для бурения определенного типа горных пород.

      Обуривание скальной вскрышной породы и руды с учетом физико-механических свойств пород месторождения производится преимущественно станками шарошечного бурения (СБШ) с диаметром бурения 250 мм, которые получили наибольшее распространение на открытых горных работах при добыче руд. Также применяются дизельные буровые станки производства AtlasCopco, Sandvik.

а


б


      а - СБШ-250МНА32, б - DM75

      Рисунок 3.3. Буровые станки, используемые на карьерах

      Эффективность буровзрывных работ в значительной мере зависит от правильного выбора взрывчатых веществ для конкретных горно-геологических условий взрывания. Выбор типа взрывчатого вещества должен производиться с учетом ряда производственных, геологических, гидрогеологических, технических и экономических факторов. Физико-механические свойства горных пород, их минералогический состав и строение определяют крепость и взрываемость горных пород. Чем выше плотность породы, еҰ твердость и вязкость, тем больше требуется энергии на еҰ разрушение и перемещение. В условиях конкретного применения взрывчатые вещества выбирают с учетом этих соображений, а также практического опыта горного предприятия и технологичности самих веществ в соответствии с принятой схемой механизации взрывных работ.

      Таблица 3.6. Общие сведения о типах применяемого оборудования на карьерах по добыче бокситовой руды

№ п/п

Наименование
предприятия/
структурного
подразделения

Буровзрывные работы

Технические характеристики, определяющие степень воздействия на окружающую среду

1

2

3

4

1

А1

Буровые станки СБШ-250МНА-32, Atlas Copco Flexi Roc D65

Массогабаритные размеры
Давление на грунт
Тип, объем и мощность двигателя внутреннего сгорания
Тип используемого топлива
Расход топлива
Ресурс до капитального ремонта
Показатели по шуму, вибрации
Система пылеподавления
Механизм хода (гусеничный или колесный)
Наличие системы пылеподавления
Гидравлическая система
Ресурс до капитального ремонта


      Взрывные работы на карьерах осуществляются на основании типового проекта буровзрывных работ. Сущность метода скважинных рядов заключается в размещении взрывчатого вещества в наклонных или вертикальных скважинах с забойкой (заполнением) верхней части инертными материалами из песка, буровой мелочи или забоечного материала специального состава. Скважины располагаются в один или несколько рядов параллельно верхней бровке уступа и размещаются друг от друга на расчетном расстоянии по прямоугольной сетке или в шахматном порядке.

      В качестве взрывчатых веществ для взрывания скважин в основном применяются сыпучие гранулированные (гранулиты) и эмульсионные вещества (интериты). Взрывание производится методом многорядных зарядов при помощи детонирующего шнура или систем инициирования неэлектрического взрывания (СИНВ) с дублированием сети и применением короткозамедленного способа взрывания. Массовые взрывы на карьерах производят в дневное время суток, чаще всего один раз в неделю. Всего в течение года на карьере осуществляется множество массовых взрывов, частота взрывов меняется в зависимости от производительности карьера и организации работ, подготовки площадок под бурение и блоков под взрывание.

3.2.2. Текущие уровни эмиссий в окружающую среду

      Снятие, транспортировка и складирование ПСП выполняются в период естественного увлажнения почвы, что исключает пыление.

      В результате проведения КТА были получены данные по выбросам пыли, которые приведены в таблице ниже.

      Таблица 3.7. Выбросы пыли в атмосферный воздух (по данным КТА) при снятии ПСП

№ п/п

Наименование объекта

Валовые выбросы загрязняющих веществ, т

макс

мин

1

2

3

4

1

А1

1,574

1,36355


      Из таблицы 3.7 следует, что валовые показатели выбросов загрязняющих веществ при снятии ПСП в процессе открытой добычи варьируются от 1,36355 до 1,574 тонн, не превышая максимальные показатели. Данное расхождение в валовых показателях выбросов на различных рудниках связанно с особенностями рассматриваемых предприятий, а также с используемым оборудованием и техникой в процессе снятия и складирования ПСП.

      В процессе вскрышных работ выделяется пыль. В сухое время года применяется орошение экскаваторного забоя. В таблице 3.8 представлены объемы выбросов пыли при проведении вскрышных и добычных работ.

      Таблица 3.8. Объемы выбросов пыли при проведении вскрышных работ

№ п/п

Наименование объекта

Валовые выбросы загрязняющих веществ, т

макс

мин

1

2

3

4

1

A1

366,3547

312,4744


      Показатели валовых выбросов загрязняющих веществ находятся в пределах от 312,4744до 366,3547 тонн, на интенсивность пылевыделения оказывают влияние используемые экскаваторы, площади их ковша, продолжительность работы спецтехники, использование орошения экскаваторного забоя в сухое время года.

      Основными эмиссиями при буровзрывных работах являются выбросы газообразных веществ (окислы азота, оксид углерода, диоксид серы) и пыли неорганической SiO2 менее 20 %. Крупные частицы продуктов бурения оседают у устья скважины, а мелкие (в том числе и пылевые) уносятся на расстояние до 10–14 м. Пылеподавление и очистка забоя скважин от продуктов разрушения и выноса буровой мелочи осуществляются с помощью воздушно-водяной смеси, так как использование воды при пылеподавлении в технологическом процессе буровзрывных работ – самый эффективный и доступный способ снижения загрязнения атмосферного воздуха. Данный метод позволяет снизить объемы пыли неорганической SiO2 менее 20 % в 5–7 раз [30].

      Мощные выбросы пыли происходят при массовых взрывах и достигают 100–250 тонн. Пылевое облако при массовом взрыве выбрасывается на высоту 150–300 м, в своем развитии оно может достигать высоты 16 км и распространяться по направлению ветра на значительные расстояния (10-14 км) [31]. Гидрообеспыливание для сокращения выделения и рассеивания вредных примесей при взрывных работах осуществляется с помощью водяной забойки (гидрозабойки). Гидрозабойка выполняется с использованием полиэтиленовых емкостей, наполненных водой. Применение гидрозабойки позволяет сократить объемы образующейся пыли в пылегазовом облаке на 20–30 %, а объем образующихся окислов азота уменьшается в 1,5–2 раза.

      В таблице 3.9 представлены объемы выбросов пыли при проведении буровзрывных работ (по данным КТА).

      Таблица 3.9. Объемы выбросов пыли при проведении буровзрывных работ

№ п/п

Наименование объекта

Валовые выбросы загрязняющих веществ, т

макс

мин

1

2

3

4

1

A1

28,79359

24,50644


      В ходе проведенного КТА было оценено общее воздействие рудников по добыче бокситовой руды, действующих на территории Республики Казахстан. Валовые выбросы пыли от предприятий колеблются в пределах от 24,50644 до 28,79359 тонн. Данное расхождение зависит от физико-механических свойств горных пород и их обводненности, методов взрывания, времени проведения взрыва, метеоусловий на момент массового взрыва, количества и химического состава применяемых взрывных веществ.

      Интенсивность пыле- и газообразования при ведении буровзрывных работ на карьере зависит от многих факторов, к основным из которых следует отнести физико-механические свойства горных пород и их обводненность, способы бурения взрывных скважин, ассортимент применяемых взрывчатых веществ, типы используемых забоечных материалов, методы взрывания (на подобранный откос уступа или в зажатой среде), время производства массового взрыва, метеоусловия на момент массового взрыва и др.

      В таблице 3.10 представлены текущие объемы потребления энергетических ресурсов, применяемых при открытой добыче бокситовой руды. В качестве удельных расходов потребления ресурсов определено потребление ресурсов на тонну добытой руды.

      Таблица 3.10. Текущие объемы потребления энергетических ресурсов

№ п/п

Наименование объекта

Потребляемый ресурс

Целевое назначение использования

Годовое потребление, т у.т

Удельное потребление, т у.т./т

1

2

3

4

5

6

1

А1

Электрическая энергия

Вскрыша и добыча

1 432,013

0,00258 – 0,00680

2

А1

Моторное топливо

Вскрыша и добыча

22 390,312

0,00403 – 0,01063


      Из представленной таблицы видно, что удельный расход электрической энергии на добытую руду открытым способом может варьироваться в пределах от 0,00258 до 0,00680 т у.т. на тонну добытой руды. Такое расхождение в удельных расходах связано в первую очередь с особенностями учета и распределения потребления энергетических ресурсов на различных рудниках.

      Удельный расход моторных топлив на добытую открытым способом руду варьируется от 0,00403 до 0,01063т у.т. на тонну добытой руды. Такое расхождение в удельных расходах на различных предприятиях связано с особенностями рассматриваемых предприятий, а также с используемым оборудованием и техникой в процессе вскрыши и добычи (использование для транспортировки и экскавации карьерного автотранспорта и спецтехники, работающей на моторном топливе).

3.3. Производство глинозема

3.3.1. Прием сырья и передача в процесс

      Технологические процессы и этапы производства глинозема методом последовательно-параллельного варианта Байер-спекания включают:

      1) прием сырья и передача в процесс;

      2) "Байеровская" ветвь последовательной схемы получения из боксита товарного глинозема;

      3) переработка красного шлама ветви Байера с получением алюминатного раствора;

      4) вспомогательные подразделения.

      В цехе подготовки сырья (прием сырья и передача в процесс) осуществляется прием, дробление, усреднение поступающего на завод сырья (боксита, известняка, угля) с последующей выдачей на шихтовальный передел и в расходные склады подготовки сырья, усреднение сырья, его временное хранение и подача в технологический процесс.

3.3.2. "Байеровская" ветвь последовательной схемы получения из боксита товарного глинозема

      В байеровской ветви осуществляется процесс упаривания растворов путем нагрева его паром. Полученный концентрированный раствор (оборотный) направляется в голову процесса гидрохимии, где происходит обеспечение прокалки гидрата с получением конечного продукта – глинозема.

3.3.3. Переработка красного шлама ветви Байера с получением алюминатного раствора

      На переделе спекания (переработке красного шлама ветви Байера с получением алюминатного раствора) осуществляется доизвлечение глинозема (Al2O3) из красного шлама и компенсации потерь щелочи (Na2O) в байеровской ветви.

      Цех спекания производит высокотемпературную переработку шихты в печах спекания с целью протекания химических реакций и извлечения полезных компонентов, дробление спека печей спекания и передачу на участок гидрохимии.

      Вспомогательные подразделения осуществляют выполнение ремонтных работ основного оборудования, подвижного железнодорожного состава, обслуживание и ремонтом автотранспортной и дорожно-строительной техники, выполнение химических анализов проб, проведение лабораторных исследовательских работ, опытно-технологических испытаний и технологических обследований, а также охлаждение оборотной воды. Имеются склады с материалами. Выполнение маневровых работ с железнодорожными вагонами и цистернами осуществляется маневровыми тепловозами железнодорожного цеха.

      Получение алюминия – достаточно сложный двухстадийный процесс. Сначала из руды извлекается глинозем, затем из него получают конечную продукцию – товарный алюминий или его сплав.

      Самым широко используемым способом получения глинозема из бокситов является способ Байера. Способ Байера – это гидрохимический способ получения глинозема из бокситов. Этот метод был открыт в России Карлом Иосифовичем Байером в 1895–1898 гг. Не все виды бокситов можно перерабатывать таким образом, одним из основных условий является низкое содержание кремния и серы. Основным критерием качества бокситов является кремневый модуль – отношение количества кремния к алюминию, так как молярная масса элементов близка, используют простое отношение, не вводя дополнительных коэффициентов.

      Перед применением данной технологии руда сначала подвергается дроблению, данный этап необходим для увеличения площади поверхности, размер частиц зависит от состава бокситов и особенностей процесса.

      Первым этапом является мокрый помол – руда после дробления смешивается со щелочным раствором и загружается в шаровую или стержневую мельницу. Зачастую на данном этапе к смеси добавляют известь или известковое молоко. Обязательным параметром размола должно быть определенное отношение жидкой и твердой фазы. Размер частиц после помола выбирается в зависимости от состава бокситов, поэтому этап помола индивидуален для каждого предприятия, например, нередко необходим помол в две стадии с использованием шаров разного диаметра. После мокрого размола пульпа подается на выщелачивание, проходя через классификатор. Для выщелачивания в методе Байера используют автоклавы, объединенные в батареи.

      Автоклав – это аппарат для проведения физико-химических реакций при высокой температуре и давлении. В батареи соединены от 8 до 12 аппаратов, в зависимости от состава бокситов. В первых двух автоклавах идет подогрев смеси, остальные являются реакционными. Цель данной операции перевод алюминия из боксита в раствор в виде алюмината натрия. В процессе участвуют два компонента – измельченный боксит и оборотный щелочной раствор. Температура, при которой происходит выщелачивание, зависит от типа бокситов. Основная реакция выщелачивания:

      Al2O3 • H2O + 2NaOH = 2NaAlO2 + 2H2O

      Помимо алюминия в бокситах так же присутствует множество других элементов. Кремнезем растворяется в щелочном растворе и переходит в форму силиката натрия, однако силикат натрия взаимодействует с алюминатом натрия и выпадает в осадок с образованием гидроалюмосиликата натрия.

      Таким образом, протекает обескремнивание, этот этап так же объясняет одно из главных требований сырья для переработки способом Байера: низкое содержание кремнезема, так как обескремнивание приводит к потерям глинозема и щелочи, которые пропорциональны количеству кремнезема в боксите. Так же в бокситах присутствуют железо, сера, титан, галлий, фосфор и ванадий.

      При выщелачивании безводные оксиды железа выпадают в качестве осадка, титан образует малорастворимый метатитан натрия, что так же приводит к потерям щелочи. Сера при низком содержании может быть полностью извлечена в ходе стандартного метода выщелачивания, однако если примеси серы достаточно велики, потребуется дополнительная очистка, поэтому еҰ содержание в бокситах при использовании способа Байера почти столь же важный критерий, как и кремневый модуль. Большая часть галлия при выщелачивании остается в растворе. Данные компоненты составляют красный шлам. После выщелачивания нередко применяется охлаждение до 20–30 oC, провоцируя выпадение ванадиевого шлама, в который входят фосфат, ванадат и фторид натрия, и сода. Данный вид шлама является полезным и может быть использован для извлечения ванадия. Как уже говорилось ранее, еще на этапе мокрого размола добавлялась известь или известковое молоко, которое приводит сразу к целому ряду положительных эффектов. Часть кремнезема образует гидрогранат, который в отличие от алюмосиликата натрия не содержит щелочи, так же к уменьшению потерь щелочи приводит образование титаната кальция, удаление фосфора в виде фосфата кальция проводится на стадии красного шлама. Таким образом добавление извести благотворно влияет на чистоту готового продукта и является дополнительным, не требующим изменения технологической схемы, способом очистки от примесей. Основными выходными параметрами выщелачивания являются степень извлечения глинозема и скорость выщелачивания. На данные два параметра влияют несколько факторов: тонина помола, температура, концентрация щелочи, каустические модули оборотного и алюминатного растворов, регулируя которые можно добиться необходимого результата.

      После выщелачивания красный шлам отделяется с помощью сгустителей, в которые добавляются флокулянты для ускорения процесса и отправляется на шламохранилище – специально выделенный участок, на котором складируется шлам.

      Следующим этапом, на который поступает алюминатный раствор, является декомпозиция.

      Декомпозиция – это процесс разложения алюмината натрия на оксид алюминия Al2O3 и гидроксид натрия NaOH.

      NaAlO2 + 2H2O = Al(OH)3 + NaOH

      Реакция декомпозиции может протекать в обе стороны и для того, чтобы эта реакция протекала в сторону продуктов, необходимо разбавить пульпу и снизить температуру раствора, так же для ускорения процесса используют затравку в виде гидроксида алюминия. Основные параметры схожи с процессом выщелачивания – выход глинозема и скорость декомпозиции.

      И соответственно на эти параметры так же влияет целый ряд факторов: каустический модуль, концентрация, количество и качество затравки, наличие примесей, температура.

      Процесс протекает в устройствах, называемых декомпозеры, которые объединены в батареи по 10–11 штук. Как уже говорилось, пульпа при декомпозиции охлаждается и для этого используется множество видов различных охладителей, например, вакуум-охладительные установки или трубчатые теплообменники, выбор того или иного устройства осуществляется исходя из удобства и рациональности использования в данной технологической цепочке.

      После выпадения оксида алюминия в осадок его необходимо отделить от маточного раствора. Первой стадией разделения является гидросепаратор, с помощью которого можно отделить крупные частицы, затем слив подается в сгуститель и барабанный фильтр, где и происходит финальная часть разделения. На этом этапе отбирается часть гидроксида для затравки декомпозиции и далее возвращается на предыдущий передел. Продукционная часть проходит фильтрацию и отправляется на следующий этап производственной цепочки. Маточный раствор и промвода от промывки гидроксида алюминия направляются на выпаривание, где удаляется лишняя влага и выпадает, так называемая, рыжая сода Na2CO3, которая затем поступает на каустификацию, где протекает реакция с Ca(OH)2, в ходе которой образуется щелочь NaOH.

      Щелочной раствор после выпаривания подается в голову всей технологической цепочки на мокрый размол. После каустификации от раствора отделяется белый шлам, который так же возвращается в голову цепочки для обжига, слабый щелочной раствор – на выпаривание. Таким образом, цикл получается замкнутым.

      Последним этапом, который проходит гидроксид алюминия, является кальцинация. На данном этапе полностью выпаривается вся влага из гидроксида для получения глинозема Al2O3. Процесс, как правило, протекает в трубчатых печах.

      Трубчатая печь – это стальная труба длиной от 50 до 150 метров и диаметром от 2,5 до 5 метров, печь вращается и расположена под углом в 3 o. Материал, обдуваемый горячим газом при температуре около 1200 oC, медленно движется вниз печи.

      Способ Байера является экономически выгодным, так как он значительно дешевле и проще в оборудовании и эксплуатации, однако, как уже говорилось, для использования данного метода необходимо соблюдение высоких требований к составу бокситов, поэтому применяются и другие более затратные методы.

      Вторым часто используемым способом получения глинозема из бокситов является метод спекания. Главное преимущество данного метода заключается в возможности использовать бокситы с высоким содержанием кремнезема, кремниевый модуль которых может достигать 5.

      Основным изменением является внесение в технологическую цепочку процесса спекания шихты.

      Первый этап производства – приготовление шихты. Необходимо измельчить ее компоненты до нужных размеров и смешать в определенной пропорции. Для данного метода шихта приготавливается из трех компонентов: боксит, известь и сода, дробление пульпы происходит в оборотном растворе.

      Для размола применяют многокамерные мельницы, работающие в открытом цикле. После размола пульпа попадает в коррекционный бассейн, откуда берется проба для анализа, на основе которой пульпу в нужном соотношении перекачивают в сборные бассейны.

      Когда все приготовления выполнены и получена "паспортная" шихта, она поступает на передел спекания. Основная задача данного процесса – связать глинозем в растворимый алюминат натрия, а кремнезем – в нерастворимый двухкальциевый силикат, чтобы при последующем переходе в раствор кремнезем выпал в осадок.

      Процесс спекания происходит в трубчатой печи, аналогичной по принципу работы печи, применяемой для кальцинации. Как уже говорилось ранее, печь представляет собой длинную трубу, по которой перемешается материал, обдуваемый горячим газом. Такие печи поддерживают различные виды топлива, однако главным условием является низкое содержание серы. В трубчатых печах газ уносит большое количество пульпы, поэтому он проходит через циклон и электрофильтр, уловленная пыль отправляется в рабочую зону печи для предотвращения потерь и поддерживания оптимальной температуры. В зависимости от состава используемого сырья выбирается определенный диапазон температур, при поддержании которого реакции проходят оптимально, и получается спек необходимых свойств. Однако этот диапазон зачастую не превышает нескольких десятков градусов и его поддержание достаточно сложная задача, которая значительно облегчается с установкой автоматических систем, но даже при этом невозможно установить датчик непосредственно внутри данной зоны, так как ее температура слишком велика, поэтому приходится использовать косвенные показатели. Перемещение вещества внутри печи обусловлено наклоном печи. Печь можно разделить на несколько участков: зона сушки – испарение внешней жидкости, подогрева – испарение внутренней жидкости, спекания – зона протекания твердофазных реакций, охлаждения – понижение температуры спека до 800–1000 oC. По выходу из печи спек попадает в барабанные холодильники, в которых комбинируется воздушное и водяное охлаждение. Спек остывает до 80–130 oC. После охлаждения он попадает на передел выщелачивания.

      Основной целью выщелачивания является переход алюминия в раствор, а примесей в твердую фазу, чтобы была возможна дальнейшая фильтрация. Спек выщелачивается водой с добавлением щелочного раствора. Алюминат натрия хорошо растворим, поэтому переходит в раствор, двухкальцевый силикат 2CaOSiO2 не растворим и переходит в осадок. Однако часть силиката все же разлагается и взаимодействует с раствором, образуя соединения с алюминием, что приводит к появлению потерь.

      Выщелачивание может протекать разными способами: проточным, агитационным и комбинированным в зависимости от тонины помола и минералогического состава, однако такие потери значительно ниже, чем при выщелачивании в способе Байера, поэтому для данных методов можно использовать бокситы с более высоким содержанием кремнезема.

      Еще одно отличие технологической цепочки, использующей данный принцип – это применение двухстадийного обескремнивания и карбонизации. Карбонизация – это способ вывести алюминий из раствора в виде гидроксида алюминия с добавлением CO2. Удобство использования данной технологии заключается в том, что трубчатая печь работает по принципу противотока, то есть обдувает движущийся материал горячим газом, выделенным при сгорании топлива. Этот газ, пройдя через печь, проходит фильтрацию от частичек пульпы и подается на участок карбонизации, таким образом газ можно использовать вторично. После получения гидроксида алюминия дальнейший процесс идентичен вышеописанному.

      Способ спекания экономически выгоден для переработки бокситов с высоким содержанием кремнезема, однако более широкое распространение получил комбинированный метод, который сочетает в себе оба способа. Комбинированный способ можно также разделить на два метода: параллельный и последовательный.

      Эти методы позволяют перерабатывать бокситы как с низким содержанием кремния, так и высоким. Параллельный способ подразумевает наличие в технологической схеме двух ветвей: способ Байера и спекания соответственно. В последний поступает боксит с высоким содержанием кремния, затем протекают стандартные процедуры метода спекания до этапа обескремнивания включительно.

      В ветви Байера же перерабатываются бокситы с низким содержанием кремнезема, все идет по стандартному методу до этапа декомпозиции, куда и поступает алюминатный раствор с ветви спекания. Таким образом из технологической схемы исключается карбонизация, присущая методу спекания. Однако основным плюсом является экономия за счет использования каустической щелочи, которая образуется при спекании и затем вводится в ветвь Байера вместе с алюминатным раствором. Выделяющаяся при упаривании оборотного раствора сода направляется в ветвь спекания. Таким образом каустификация так же более не участвует в технологической схеме. Так же данный метод позволяет улучшить условия декомпозиции за счет смешения растворов разных концентраций в нужных соотношениях. Мощность ветви спекания высчитывается таким образом, чтобы полностью восполнять потери щелочи. В ветви спекания может использоваться боксит с низким содержанием кремния, в таком случае из состава шихты для спекания исключается известняк, то есть используется двухкомпонентная шихта.

      Вторым способом использования комбинированного метода является последовательный. Если основным сырьем при параллельном производстве были бокситы с низким с содержанием кремния и только в качестве дополнительного сырья для повышения экономической выгоды использовались другие, то данный способ полностью сосредоточен на переработке бокситов с высоким содержанием кремнезема. Вся технологическая цепочка начинается с метода Байера. Как уже говорилось ранее, основным недостатком метода Байера является большое осаждение алюминия в красном шламе из-за кремния, поэтому в данном методе алюминий разделяется на две части – одна, находясь в составе раствора, продолжает путь по данной ветви, а вторая, переходя в красный шлам, поступает в таком виде на ветвь спекания. Красный шлам спекается с известняком, затем спек выщелачивается и обескремнивается, после этого он возвращается к алюминатному раствору, полученному методом Байера. Смесь растворов поступает на декомпозицию, при этом маточный раствор возвращается на ветвь Байера. Использование данного метода позволяет скомпенсировать самые главные недостатки обоих способов: способ Байера из-за больших потерь и при высоком содержании кремнезема в руде экономически невыгоден, а для производства спека необходимы значительные топливные ресурсы. Оборудовав последовательный комбинированный метод производства, можно значительно сократить потери, использовав спекание, и при этом сократить расходы на питание печи, применив метода Байера.

3.3.4. Текущие уровни эмиссий в окружающую среду

      Производство глинозема осуществляется по последовательно-параллельной схеме Байер-спекания. Следует отметить, что данная схема применятся только на А2 и обусловлена низким качеством бокситов (низкий кремневый модуль, невысокое содержание Al2O3), поступающих на переработку. Схема включает в себя классическую технологию переработки бокситов по схеме Байера и последующее спекание шламов с целью доизвлечения из них полезных компонентов.

      Схема производства глинозема с указанием эмиссий, образуемых в процессе производства глинозема на А2, представлена на рисунке 3.4.

     


      Рисунок 3.4. Схема производства глинозема с указанием эмиссий, образуемых в процессе производства глинозема

      Таблица 3.11. Выбросы пыли в атмосферный воздух при производстве глинозема (по данным КТА)

№ п/п

Наименование объекта

Валовые выбросы загрязняющих веществ, т

Концентрация по КТА, мг/нм3

макс

мин

макс

мин

1

2

3

4

5

6

1

А2

60798,12837

48705,11001

9010

22,5


      В процессе производства глинозема осуществляются пылевые выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух, валовые значения которых представлены в таблице 3.11. Данные варьируются от 48705,11001 тонн для минимальных значений до 60798,12837 тонн для максимальных показателей выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух.

      Таблица 3.12. Выбросы NOX в атмосферный воздух при производстве глинозема (по данным КТА)

№ п/п

Наименование объекта

Валовые выбросы загрязняющих веществ, т

Концентрация по КТА, мг/нм3

макс

мин

макс

мин

1

2

3

4

5

6

1

А2

785,61739

130,97297

4564,947

233,7341


      Таблица 3.13. Выбросы CO в атмосферный воздух при производстве глинозема (по данным КТА)

№ п/п

Наименование объекта

Валовые выбросы загрязняющих веществ, т

Концентрация по КТА, мг/нм3

макс

мин

макс

мин

1

2

3

4

5

6

1

А2

498,838076

18,439

23868

46,379


      Таблица 3.14. Выбросы SO2 в атмосферный воздух при производстве глинозема (по данным КТА)

№ п/п

Наименование объекта

Валовые выбросы загрязняющих веществ, т

Концентрация по КТА, мг/нм3

макс

мин

макс

мин

1

2

3

4

5

6

1

А2

1317,7584

1013,932

3378

107


      Таблица 3.15. Текущие объемы потребления энергетических ресурсов при производстве глинозема

№ п/п

Наименование объекта

Потребляемый ресурс

Целевое назначение использования

Годовое потребление, т у.т

Удельное потребление, т у.т./т

1

2

3

4

5

6

1

А2

Мазут

Производство глинозема

225 477,532

1,085619
 

2

Пар

720 327,322

3

Уголь на восстановление (кокс, антрацит)

117 617,940

4

Уголь на печи

492 877,970

5

Электроэнергия

81 955,053

8

Электроэнергия

5 964


3.4. Производство первичного алюминия

3.4.1. Электролизное производство

      В цехе электролиза осуществляются производство алюминия-сырца с последующей разливкой его в 20 килограммовые чушки, хранение и погрузка товарного алюминия, прием и хранение глинозема, фильтрация отходящих газов.

      ЦЭА оснащен 288-ю электролизерами на силу тока 320-330 кА с конструкциями известных поставщиков технологии из КНР – GAMI и NEUI, которая является одной из наиболее эффективных и экологически чистых в мире.

      С учетом перспективы дальнейшего увеличения тока серии трансформаторы для питания выпрямителей и система энергоснабжения выбираются с возможностью доведения максимального тока серии примерно до 350 кА. В отношении электролизеров и вспомогательного оборудования корпусов электролиза предусмотрены следующие основные особенности: механизированная подача глинозема и растворимых солей с автоматическим управлением процесса (с микропроцессорным управлением); автоматическое регулирование напряжения; механизированное оборудование для манипулирования анодами; вакуумная выливка металла из электролизеров; оснащение электролизеров укрытиями для эффективного улавливания вредных веществ. Процесс получения металлического алюминия из глинозема протекает в алюминиевых ваннах при температуре 953–958 oC. Поступление глинозема в электролизер осуществляется посредством автоматической системы подачи глинозема.

      В основе электролитического производства алюминия лежит электролиз криолитоглиноземных расплавов, основными компонентами которого являются криолит (Na3AlF6), фтористый алюминий (AlF3) и глинозем (Al2O3).

      В промышленном электролите всегда присутствуют фтористый магний (MgF2) и фтористый кальций (CaF2), поступающие как с исходным сырьем, так и специально вводимый в электролит для снижения температуры его плавления и уменьшения потерь алюминия.

      Процесс, протекающий в электролизере, состоит в электролитическом разложении глинозема, растворенного в электролите. На жидком алюминиевом катоде выделяется алюминий, который периодически выливается с помощью вакуум-ковша и направляется в литейное отделение на разливку. На аноде происходит окисление углерода выделяющимся кислородом. Отходящий анодный газ представляет собой смесь СО2 и СО. Суммарная реакция, происходящая в электролизере, может быть представлена уравнением:

      Al2O3 + yC = 2Al + (2y - 3) CO + (3 - y) CO2.

      Процесс электролиза ведется при концентрации глинозема в электролите 1,7–2,5 %, при ее снижении до 1,5 % и ниже анод начинает хуже смачиваться электролитом, что приводит к разрастанию пузырьков анодного газа и изоляции части поверхности анода от электролита. Плотность тока на свободной поверхности сильно увеличивается, вместе с ионами кислорода на аноде начинают разряжаться ионы фтора. Изменяется состав анодных газов, которые насыщаются фторуглеродами (CF4 и C2F6). Наличие у поверхности анода фторсодержащих соединений провоцирует дальнейшее развитие пассивации. Таким образом изолируется большая часть поверхности, что приводит к повышению напряжения от 10 до 100 В менее чем за секунду. В данных условиях ток проходит через газовую пленку за счет искрового, а также тлеющего разрядов.

      При производстве алюминия цех оказывает минимальное воздействие на окружающую среду, поскольку существующее газоочистное оборудование обеспечивает высокую степень очистки. Полученный алюминий извлекается из электролизеров один раз в сутки посредством вакуум-ковшей и идет на дальнейшую переработку в литейный участок, где жидкий алюминий-сырец заливается в 60-тонные миксера.

     


      Рисунок 3.5. Процесс электролиза

      Электролизеры оснащены современной автоматизированной системой управления технологией производства, осуществляющей полный автоматический контроль работы электролизной ванны, системы точечного питания и центральной раздачи глинозема. Выполнение основных технологических операций максимально автоматизировано и механизировано, выполняется многофункциональными кранами (12 технологических и 4 вспомогательных грузоподъемных кранов).

3.4.2. Основное оборудование серии электролиза алюминия

      Основное оборудование серии электролиза алюминия представлено в таблице 3.16.

      Таблица 3.16. Основные показатели оборудования электролиза алюминия

№ п/п

Наименование

Тип электролизера


1

2

3

4

1

Тип электролизера

GAMI-320

NEUI-330

2

Сила тока, кА

320

320

3

Плотность тока на аноде (A/см2):

0,714

0,714

4

Количество установленных

144

144

5

Расположение электролизеров

поперечное

поперечное

6

Расстояние между осями эл-ров, м

6,4

6,4

7

Положение "нулевой" отметки

1

2,5

Анодное устройство

8

Количество анодных блоков, мм

40

40

9

Размеры анодного блока, мм

1600х700х550

1600х700х550

10

Расстояние между:



анодами в ряду, мм

40

40

рядами анодов, мм

180

180

11

Расстояние от анодного массива:



до продольных стенок, мм

310

310

до торцевых, мм

420

420

12

Высота перетяжки анодной рамы, мм

не менее 400

не менее 400

13

Скорость перемещения ан.рамы, мм/мин

99,3

99,3

14

Анододержатель

4-х ниппельный

4-х ниппельный

15

Диаметр ниппеля, мм

140

140

16

Соединение с угольным блоком

Чугунная заливка

Чугунная заливка

Катодное устройство

17

Тип кожуха

Шпангоутный

Шпангоутный с составным поясом и поднятым фланцем

18

Верхний фланец

Не набит

С набойкой карбидкремниевой смесью

19

Количество шпангоутов, шт

26

26

20

Ориентация стенок:

вертикальные с угловым скосом

вертикальные с угловым скосом

продольные

вертикальные

вертикальные

торцевые



21

Габаритные размеры кожуха (внутр), мм



длина

15780

15780

ширина

4180

4180

высота

1407

1407

22

Внутренние размеры шахты, мм



длина

15600

15600

ширина

4000

4000

высота

550

550

Высота/ ширина набойки, мм

200/290

200/290

Подина

23

Размер подовых блоков, мм

450х515х3420

450х515х3420

24

Количество подовых секций, шт

27

27

25

Подовый блок

сплошной

сплошной

26

Содержание графита в блоке, %

30

30

27

Количество блюмсов, шт

27*2

27*2

28

Сечение блюмсов, мм

65*180

65*180

29

Расположение блюмсов в блоке

сплошное

с центральным швом

30

Заделка блюмсов в пазе блока

углеродистая масса

углеродистая масса

Система питания глиноземом и фторсолями

31

Тип питателя

Точечный

Точечный

32

Тип дозатора

Клапанный

Клапанный

33

Система ЦРГ

есть

есть

34

Количество точек питания:



глиноземом

5

5

фторсолями

1

2

Система газоотсоса и вентиляции

35

Тип газоотсоса

Односторонний верхний

Односторонний верхний

36

Объем газоотсоса, м3/ч

13600

13600

37

Тип укрытия

Прямого типа со съемными крышками

Сегментного типа со съемными крышками

38

КПД укрытия, не менее %

98

98

39

Величина неплотностей, не более м2

1

1


      Для обслуживания электролизеров и выполнения основных операций в серии электролиза используется оборудование, представленное в таблице 3.17.

      Таблица 3.17. Основное оборудование электролизного производства

№ п/п

Наименование оборудования

Количество

1

2

3

1

Универсальный технологический кран

8

2

Вспомогательные краны

4

3

Рамы для подъема анодной ошиновки

4

4

Трейлер для перевозки ковшей

5

5

Трейлер для перевозки анодов

5

6

Ковши для выливки металла

28


3.4.3. Литейное производство

      Основной задачей литейного отделения является отливка из алюминия-сырца, поступающего из серии электролиза, алюминиевых чушек массой 20 (+/- 2) кг. Основное оборудование литейного производство: 5 миксеров, 3 разливочных конвейера, 2 грузоподъемных крана.

      Технологический процесс литья алюминиевых чушек включает в себя следующие операции:

      перелив жидкого алюминия из вакуум-ковшей в миксер;

      перемешивание жидкого алюминия;

      контроль и регулирование температуры жидкого алюминия;

      непрерывное литье алюминиевых чушек;

      штабелирование и обвязка алюминиевых чушек в пакеты;

      взвешивание пакета чушек;

      проверка товарных алюминиевых чушек.

      Эксплуатация участка миксеров. Работа миксерного участка литейного отделения состоит в выполнении следующих технологических операций:

      взвешивание алюминия-сырца;

      загрузка миксера;

      рафинирование жидкого алюминия;

      перемешивание;

      разливка;

      чистка миксера;

      плавка холодных алюминиевых материалов.

      Поступающие из электролизных корпусов в литейный участок ковши с жидким алюминием распределяются по миксерам отделения таким образом, чтобы заливка в миксер и смешивание алюминия-сырца различного качества из разных ковшей обеспечивали в результате заполнение миксера металлом, состав которого удовлетворяет требованиям стандарта качества продукции.

      Операция загрузки жидкого алюминия-сырца в миксер осуществляется с помощью мостового крана через заливочный карман миксера поворотным устройством ковша.

      После окончания операции заливки поворотное устройство ковша приводится в исходное положение. Если есть необходимость, металл подшихтовывается чушковым алюминием для обеспечения химического состава заданной марки, соответствующего среднему значению.

      Контроль температурного режима при литье чушек из миксера осуществляется автоматически.

      Процесс непрерывной разливки алюминия. Линия непрерывного литья для производства алюминиевых чушек массой 20 (+/-2) кг является основным оборудованием литейного отделения и представляет собой автоматическую производственную линию, с помощью которой осуществляются основные технологические процессы: литье жидкого алюминия, охлаждение, штабелирование и пакетирование чушек.

      Линия непрерывного литья алюминиевых чушек состоит из литейной машины, охлаждающего конвейера, штабелирующей, обвязочной машины и производственного конвейера.

      Производственную мощность литейной машины можно регулировать посредством установки рабочей скорости. Проектная производственная мощность составляет 16-22 т/час.

      Весь комплекс работ, включая литье, охлаждение и штабелирование, является автоматическим, при этом пакетирование – полуавтоматическая операция.

      Обвязка пакетов алюминиевых чушек осуществляется с помощью обвязочной машины на месте штабелирования стальной или полиэстеровой лентой.

      Процесс литья состоит из следующих стадий:

      заливка порции металла в изложницу;

      снятие шлака с поверхности чушки;

      первичное охлаждение до 400 oC;

      нанесение клейма;

      вторичное охлаждение до 60 oC;

      укладка в пакеты;

      обвязка стальной или пластиковой лентой.

      После завершения обвязки чушек алюминиевые пакеты от обвязочной машины перевозятся к платформенным электронным весам с целью выполнения операции взвешивания, маркировки веса и порядкового номера на пакете. Далее пакеты предъявляются в отдел технического контроля для проверки качества. После чего маркируется марка металла.

      Далее пакеты алюминиевых чушек направляются на склад готовой продукции с помощью вилочного погрузчика.

      Чушки, сформированные и упакованные в установленном порядке в штабель, имеющий маркировку веса, называются пакетом алюминиевых чушек. Размеры алюминиевых чушек и пакетов нижеследующие:

      размер чушки – 805х185х84 мм;

      масса чушки – 20 (+/-2) кг;

      размер пакета алюминиевых чушек – 805х805х935 мм;

      масса пакета алюминиевых чушек – 1080 (+/-100) кг.

3.4.4. Текущие уровни эмиссий в окружающую среду

      Таблица 3.18. Выбросы пыли (алюминий оксид) в атмосферный воздух (по данным КТА) при производстве алюминия

№ п/п

Наименование объекта

Валовые выбросы загрязняющих веществ, т/год

Концентрация по КТА, мг/Нм3

макс

мин

макс

мин

1

2

3

4

5

6

1

А3

14,01216

10,45444

2,9614

2,425


      Таблица 3.19. Выбросы SO2 в атмосферный воздух (по данным КТА) при производстве алюминия

№ п/п

Наименование объекта

Валовые выбросы загрязняющих веществ, т/год

Концентрация по КТА, мг/Нм3

макс

мин

макс

мин

1

2

3

4

5

6

1

А3

1130,56844

1052,0628

209,4353

199,453


      Таблица 3.20. Выбросы СО в атмосферный воздух (по данным КТА) при производстве алюминия

№ п/п

Наименование объекта

Валовые выбросы загрязняющих веществ, т/год

Концентрация по КТА, мг/Нм3

макс

мин

макс

мин

1

2

3

4

5

6

1

А3

8078,2832

7297,63824

1350,3704

1257,241


      Таблица 3.21. Выбросы неорганических фторидов в атмосферный воздух (по данным КТА) при производстве алюминия

№ п/п

Наименование объекта

Валовые выбросы загрязняющих веществ, т/год

Концентрация по КТА, мг/Нм3

макс

мин

макс

мин

1

2

3

4

5

6

1

А3

6,8628

6,06828

0,9569

0,902


      Таблица 3.22. Выбросы фтористых газообразных соединений в атмосферный воздух (по данным КТА) при производстве алюминия

№ п/п

Наименование объекта

Валовые выбросы загрязняющих веществ, т/год

Концентрация по КТА, мг/Нм3

макс

мин

макс

мин

1

2

3

4

5

6

1

А3

3,69496

3,26752

0,6022

0,565


      Таблица 3.23. Текущие объемы потребления энергетических ресурсов при производстве алюминия

№ п/п

Наименование объекта

Потребляемый ресурс

Целевое назначение использования

Годовое потребление, т у.т

Удельное потребление, т у.т./т

1

2

3

4

5

6

1

А3

Электроэнергия

Электролизное производство алюминия

499 611,83

1,85


3.5. Производство обожженных анодов

3.5.1. Смесильно-прессовый процесс

      В СПУ производят "зеленые" необожженные аноды, а также принимают исходное сырье: нефтяной прокаленный кокс, каменноугольный пек, огарки (остатки анодов после возврата из цеха электролиза). В первую очередь производится подготовка сырья: рассев, дробление и измельчение кокса, подогрев пека. Подготовленный кокс дозируется согласно рецепту и подается в подогреватель кокса для нагрева до 180 oC. Затем подогретый кокс и пек подаются в смеситель непрерывного действия для гомогенизации анодной массы и с последующим охлаждением до 140-120 oC транспортируются на прессование. Для прессования готового зеленого анода используется гидравлический пресс производительностью 25 тонн в час.

      После прессования аноды транспортируются на конвейере с водным орошением для процесса охлаждения и далее направляются в склад для штабелирования.

      Основное оборудование в СПУ – система конвейеров, осушительная печь, силоса хранения нефтяного кокса и каменноугольного пека, грохот, дозаторы, подогреватель, смеситель, охладитель, анодный пресс, шаровая мельница, валковая дробилка, котельная высоко органического теплоносителя.

      3.5.2. Процесс обжига

      В отделении обжига производят из зеленых анодов обожженные аноды.

      В участке обжига аноды со склада с помощью конвейерной системы подаются на рабочую отметку печи обжига анодов. Печь обжига анодов кольцевая, открытого типа, состоит из 50 камер (в каждой камере по 7 кассет), в которые загружаются зеленые аноды для обжига с помощью многофункционального крана по семь штук в три ряда. После каждой загрузки аноды засыпаются коксом для сохранения формы и качества. На печи три зоны "огня", где аноды непосредственно обжигаются при температуре до 1190 oC. Обжиг производится с помощью горело-топочного оборудования, которое перемещается краном. Топливо, используемое в печи – мазут. Обожженные аноды после охлаждения извлекаются краном и транспортируются с помощью конвейеров на склад, предварительно пройдя через станцию очистки.

      Химический состав и физические свойства обожженных анодов представлены в таблице 3.24.

      Таблица 3.24. Химический состав и физические свойства обожженных анодов

№ п/п

Химический состав, %

Агрегатное состояние при доставке

Физические параметры

1

2

3

4

1

Углерод – 98 %, ера – 2 %

Твердый, прямоугольной формы 1600*700*570 мм

Плотность 1,56 т/м3, УЭС не более 58 мкОм*м


      Основное оборудование – многокамерная кольцевая печь открытого типа, 2 технологических многофункциональных грузоподъемных крана, система транспорта анодов, газоочистная установка, 2 крана-штабелера анодов.

3.5.3. Анодно-монтажный процесс

      В анодно-монтажном отделении производят монтаж анода с анододержателем с помощью заливки из чугуна.

      В зависимости от типа используемого электролизера в качестве анодных материалов используются анодная масса или предварительно обожженные аноды.

      Анодные материалы являются одним из ключевых элементов в технологии электролитического производства алюминия. Угольные аноды или анодную массу для выплавки первичного алюминия, как правило, производят на том же алюминиевом заводе, что и сам металл. Хотя в некоторых случаях их могут производить на отдельных анодных фабриках.

      Сырьем для производства анодной массы и анодов служат каменноугольный пек (связующий материал) и нефтяной кокс с низким содержанием зольных примесей (наполнитель). Современное анодное хозяйство представляет собой крупное производство с разветвленной транспортно-технологической схемой и АСУТП.

      Анодное производство, необходимое для обеспечения анодами цех электролиза алюминия, представляет собой цех по производству электродов который состоит из трех участков.

      Основное оборудование – 4 трехтонные индукционные печи, подвесной транспортный конвейер, станции очистки и снятия огарков, снятия чугунной заливки, чистки ниппелей, заливочная машина, конвейера, дробилки, грохоты.

      В цехе по производству анодов установлено современное оборудование от мировых производителей.

3.5.4. Текущие уровни эмиссий в окружающую среду

      В составе выбросов выделяются следующий перечень веществ, характерный для данного процесса – окись углерода, углеводороды, диоксид азота, сажа, диоксид серы, без(а)пирен.

      Таблица 3.25. Выбросы пыли в атмосферный воздух (по данным КТА) при производстве обожженных анодов

№ п/п

Наименование объекта

Валовые выбросы загрязняющих веществ, т/год

Концентрация по КТА, мг/Нм3

макс

мин

макс

мин

1

2

3

4

5

6

1

А3

4,387

0,28962

10,6651

7,645


      Таблица 3.26. Выбросы SO2 в атмосферный воздух (по данным КТА) при производстве обожженных анодов

№ п/п

Наименование объекта

Валовые выбросы загрязняющих веществ, т/год

Концентрация по КТА, мг/Нм3

макс

мин

макс

мин

1

2

3

4

5

6

1

А3

1019,2

717,39116

2283,9078

1945,472


      Таблица 3.27. Выбросы СО в атмосферный воздух (по данным КТА) при производстве обожженных анодов

№ п/п

Наименование объекта

Валовые выбросы загрязняющих веществ, т/год

Концентрация по КТА, мг/Нм3

макс

мин

макс

мин

1

2

3

4

5

6

1

А3

55,6888

54,73148

1975

1751,2


      Таблица 3.28. Выбросы фтористых газообразных соединений в атмосферный воздух (по данным КТА) при производстве обожженных анодов

№ п/п

Наименование объекта

Валовые выбросы загрязняющих веществ, т/год

Концентрация по КТА, мг/Нм3

макс

мин

макс

мин

1

2

3

4

5

6

1

А3

0,54

0,52

0,765

0,578


      Таблица 3.29. Выбросы бенз(а)пирена в атмосферный воздух (по данным КТА) при производстве обожженных анодов

№ п/п

Наименование объекта

Валовые выбросы загрязняющих веществ, т/год

Концентрация по КТА, мг/Нм3

макс

мин

макс

мин

1

2

3

4

5

6

1

А3

0,004269

0,002835

0,006

0,005


      Таблица 3.30. Текущие объемы потребления энергетических ресурсов при производстве обожженных анодов

№ п/п

Наименование объекта

Потребляемый ресурс

Целевое назначение использования

Годовое потребление, т у.т

Удельное потребление, т у.т./т

1

2

3

4

5

6

1

А3

Мазут

Производство обожженных анодов

12 475,8

0,124
 

2

Электроэнергия

5 964


3.6. Вспомогательные подразделения

3.6.1. Энергетическое хозяйство

      Электроэнергетический цех служит для обеспечения эксплуатации высоковольтного оборудования подстанций 500, 220 и 10 кВ, ведения режима, выполнения оперативных переключений, осмотра и оперативного ремонта оборудования, энергооборудования, обеспечения потребителей энергоресурсами (воздух, тепло, вода, пар), ремонта аспирационного, компрессорного оборудования. Основное оборудование – линии электропередач, понижающие трансформаторы, выпрямительные агрегаты, компрессоры.

      Цех централизованных ремонтов производит капитальный ремонт электролизеров и прочего оборудования, техобслуживание оборудования, ремонт и поддержание грузоподъемных механизмов в исправном состоянии.

      Цех складских работ обеспечивает прием, хранение, складской учет и выдачу ТМЦ, уборку подразделений, благоустройство и озеленение территории завода, прием, хранение и выдачу спецодежды и спецобуви.

3.6.2. Текущие уровни эмиссий в окружающую среду

      Таблица 3.31. Выбросы пыли в атмосферный воздух (по данным КТА) при вспомогательных процессах

№ п/п

Наименование объекта

Валовые выбросы загрязняющих веществ, т/год

Концентрация по КТА, мг/Нм3

макс

мин

макс

мин

1

2

3

4

5

6

1

А3

86,5318

73,7

3,1194

2,94


4. Общие наилучшие доступные техники для предотвращения и/или сокращения эмиссий и потребления ресурсов

      В настоящем разделе описываются общие методы, применяемые при осуществлении технологических процессов для снижения их негативного воздействия на окружающую среду и не требующие технического переоснащения, реконструкции объекта, оказывающего негативное воздействие на окружающую среду.

      Под общими НДТ следует понимать методы, а также связанные с ними уровни выбросов и потребления ресурсов, применяемые при осуществлении технологических процессов для снижения их негативного воздействия на окружающую среду, реконструкции объекта, оказывающего негативное воздействие на окружающую среду.

      Настоящий раздел охватывает системы управления охраны окружающей среды, интегрированные в технологические процессы производственного цикла. Рассматриваются вопросы предотвращения образования и утилизации отходов, а также техники, позволяющие сократить потребление сырья, воды и энергии за счет оптимизации и многократного использования. Описанные техники охватывают меры, используемые для предотвращения или ограничения экологических последствий.

      Раздел не охватывает исчерпывающий перечень техник. Могут использоваться другие техники по отдельности или в комбинации при условии обеспечения уровня защиты окружающей среды.

      К снижению нагрузки на окружающую среду приводят общие организационные мероприятия по совершенствованию подходов к управлению и организации производства, учет аспектов воздействия на окружающую среду объектов горно-обогатительного комплекса на стадии разработки проектной документации, выбору материалов и реагентов с минимально возможным негативным воздействием на окружающую среду, мероприятия по переходу на малоотходные/безотходные технологии, логистика производства, контроль эффективности производственного процесса, внедрение автоматизированных систем управления производственными процессами, обеспечение безаварийной эксплуатации производства, подготовка и повышение квалификации персонала и др.

4.1. Ведение комплексного подхода к защите окружающей среды

      Для комплексного предотвращения или минимизации выбросов необходимо использовать методы и меры, которые позволяют избежать или ограничить выбросы в воздух, воду или почву, и при этом обеспечивается высокий уровень защиты окружающей среды в целом; необходимо принимать во внимание следующие факторы: безопасность установки, влияние утилизации отходов на окружающую среду, экономичное и эффективное использование энергии.

      Неизбежные выбросы необходимо улавливать в месте возникновения, если это возможно при условии приложения соразмерных усилий. Меры по ограничению уровня выбросов должны соответствовать современному уровню технического развития и быть направлены на снижение как массовой концентрации, так и массовых потоков или массовых пропорций, исходящих от установки загрязняющих воздух веществ. Они должны надлежащим образом применяться во время эксплуатации установки.

      При определении требований необходимо, в частности, учитывать следующие факторы:

      выбор интегрированных технологических процессов с максимально высоким выходом продукции и минимальным объемом эмиссий в окружающую среду в целом;

      оптимизация процесса, например, путем широкого использования исходных материалов и производства побочных продуктов;

      замещение канцерогенных, мутагенных или отрицательно влияющих на репродуктивность исходных материалов;

      сокращение объема отходящих газов, например, путем использования систем рециркуляции воздуха с учетом требований техники безопасности;

      экономия энергии и сокращение выбросов газов, влияющих на климат, например, путем оптимизации энергозатрат при планировании, строительстве и эксплуатации установок, утилизации энергии внутри установки, использования теплоизоляции.

      Для осуществления комплексного подхода предприятия должны уделять особое внимание вопросам охраны окружающей среды, что выражается в:

      обязательном учете сырья и вспомогательных материалов, энергии, потребляемых или производимых объектом;

      документировании всех источников выбросов, сбросов, образования отходов, имеющихся на объекте, их характера и объема, а также выявлении случаев их негативного воздействия на окружающую среду;

      используемых технологических решений и иных методов по очистке от вредных веществ сточных вод и отходящих газов, и внедрении НДТ по сокращению норм использования природных ресурсов и снижению объемов выбросов, сбросов и образования отходов на объекте;

      разработке эффективных мероприятий по рациональному использованию природных ресурсов, энергии и охране окружающей среды;

      декларировании экологической политики предприятия;

      подготовке и проведении сертификации производства в системе экологического менеджмента;

      выполнении производственного экологического контроля и мониторинга компонентов окружающей среды;

      получении экологических разрешений от специально уполномоченных государственных органов в области охраны окружающей среды;

      осуществлении контроля за выполнением и соблюдением требований экологического законодательства и пр.

      При этом следует учитывать:

      взаимное влияние методов сокращения выбросов для различных загрязняющих веществ;

      зависимость эффективности используемых методов сокращения выбросов/сбросов/отходов в отношении взаимных экологических аспектов и использования энергии и сырьевых ресурсов, экономики, а также нахождение оптимального баланса между ними.

      Для достижения высоких эколого-экономических результатов необходимо совместить процесс очистки выбросов, сбросов от вредных веществ с процессом утилизации уловленных веществ. "В чистом виде" очистка вредных выбросов малоэффективна, с ее помощью далеко не всегда удается полностью прекратить поступление вредных веществ в окружающую среду, т. к. сокращение уровня загрязнения одного компонента окружающей среды может привести к усилению загрязнения другого.

      К примеру, установка мокрых фильтров при газоочистке позволяет сократить загрязнение воздуха, но ведет к еще большему загрязнению воды, если отходы воды не обрабатываются должным образом. Использование очистных сооружений, даже самых эффективных, резко сокращает уровень загрязнения окружающей среды, однако не решает этой проблемы полностью, поскольку в процессе функционирования данных установок также вырабатываются отходы, хотя и в меньшем объеме, но, как правило, с повышенной концентрацией вредных веществ. Наконец, работа большей части очистных сооружений требует значительных энергетических затрат, что, в свою очередь, тоже небезопасно для окружающей среды.

      Устранение самих причин загрязнения требует внедрения малоотходных, а в перспективе и безотходных технологий производства, которые позволяли бы комплексно использовать исходное сырье и утилизировать максимум вредных для окружающей среды веществ.

      Применение определенных типов отходов в качестве альтернативных видов топлива позволит снизить использование ископаемого природного топлива, объемы накопления образованных отходов и выбросов. Однако, при подборе материала должны учитываться химический состав отхода и экологические последствия, которые может вызвать процесс переработки каждого вида отходов.

      Технологические операции, связанные с отключением или обходом систем очистки отходящих газов, должны разрабатываться и осуществляться с учетом низкого уровня выбросов, а также контролироваться путем фиксации соответствующих технологических параметров. На случай выхода из строя очистного оборудования необходимо предусмотреть меры для незамедлительного максимального сокращения выбросов с учетом принципа соразмерности.

4.2. Внедрение систем экологического менеджмента

      Система, отражающая соответствие деятельности предприятия целям в области охраны окружающей среды. СЭМ является наиболее действенной и эффективной, когда она образует неотъемлемую часть общей системы менеджмента и операционного управления производством.

      СЭМ фокусирует внимание оператора на экологических характеристиках установки. В частности, путем применения четких рабочих процедур как для нормальных, так и для нестандартных условий эксплуатации, а также путем определения соответствующих линий ответственности.

      Все действующие СЭМ включают концепцию непрерывного совершенствования, а это означает, что управление окружающей средой – это непрерывный процесс. Существуют различные схемы процессов, но большинство СЭМ основаны на цикле PDCA (планируй – делай – проверяй – исполняй), который широко используется в других контекстах менеджмента организаций. Цикл представляет собой итеративную динамическую модель, где завершение одного цикла происходит в начале следующего.

      СЭМ может принимать форму стандартизированной или нестандартной ("настраиваемой") системы. Внедрение и соблюдение международно-признанной стандартизированной системы, такой как ISO 14001:2015, может повысить доверие к СЭМ, особенно при условии надлежащей внешней проверки. СЭМ обеспечивает дополнительную достоверность в связи с взаимодействием с общественностью посредством заявления об охране окружающей среды и механизма обеспечения соблюдения применимого экологического законодательства [32]. Однако не стандартизированные системы могут в принципе быть одинаково эффективными при условии того, что они должным образом разработаны, внедрены и проверены аудитом.

      СЭМ должна содержать следующие компоненты:

      1) заинтересованность руководства, включая высшее руководство на уровне компании и предприятия (например, руководитель предприятия);

      2) анализ, включающий определение контекста организации, выявление потребностей и ожиданий заинтересованных сторон, определение характеристик предприятия, связанных с возможными рисками для окружающей среды (и здоровья человека), а также применимых правовых требований, касающихся окружающей среды;

      3) экологическую политику, которая включает в себя постоянное совершенствование установки посредством менеджмента;

      4) планирование и установление необходимых процедур, целей и задач в сочетании с финансовым планированием и инвестициями;

      5) выполнение процедур, требующих особого внимания:

      структура и ответственность;

      набор, обучение, информированность и компетентность персонала, чья работа может повлиять на экологические показатели;

      внутренние и внешние коммуникации;

      вовлечение сотрудников на всех уровнях организации;

      документация (создание и ведение письменных процедур для контроля деятельности со значительным воздействием на окружающую среду, а также соответствующих записей);

      эффективное оперативное планирование и контроль процессов;

      программа технического обслуживания;

      готовность к чрезвычайным ситуациям и реагированию, включая предотвращение и/или снижение воздействия неблагоприятных (экологических) последствий чрезвычайных ситуаций;

      обеспечение соответствия экологическому законодательству;

      6) обеспечение соблюдения экологического законодательства;

      7) проверка работоспособности и принятие корректирующих мер с уделением особого внимания к следующим действиям:

      мониторинг и измерение;

      корректирующие и превентивные действия;

      ведение записей;

      независимый внутренний и внешний аудит для определения соответствия СЭМ запланированным мероприятиям и надлежащим ли образом она внедряется и поддерживается;

      8) обзор СЭМ и ее постоянную пригодность, адекватность и эффективность со стороны высшего руководства;

      9) подготовка регулярной отчетности, предусмотренной экологическим законодательством;

      10) валидация органом по сертификации или внешним верификатором СЭМ;

      11) следование за развитием более чистых технологий;

      12) рассмотрение воздействия на окружающую среду от возможного снятия с эксплуатации установки на этапе проектирования нового завода и протяжении всего срока его службы;

      применение отраслевого бенчмаркинга на регулярной основе (сравнение показателей своей компании с лучшими предприятиями отрасли);

      система управления отходами;

      на установках/объектах с несколькими операторами создание объединений, в которых определяются роли, обязанности и координация операционных процедур каждого оператора установки в целях расширения сотрудничества между различными операторами;

      инвентаризация сточных вод и выбросов в атмосферу.

      Поддержание и выполнение четких процедур в штатных и нештатных ситуациях и соответствующее распределение обязанностей дают гарантию того, что на предприятии всегда соблюдаются условия экологического разрешения, достигаются поставленные цели и решаются задачи. СЭМ обеспечивает постоянное улучшение экологической результативности.

      Все значительные входные (включая потребление энергии) и выходные потоки (выбросы, сбросы, отходы) взаимосвязано управляются оператором в кратко- средне- и долгосрочных аспектах с учетом особенностей финансового планирования и инвестиционных циклов. Это означает, например, что применение краткосрочных решений по очистке выбросов и сбросов ("на конце трубы") может привести к долгосрочному повышению потребления энергии и отсрочить инвестиции в потенциально более выгодные решения по защите окружающей среды.

      Методы экологического менеджмента проектируются таким образом, чтобы минимизировать воздействие установки на окружающую среду в целом.

      Компоненты СЭМ могут быть применены ко всем установкам.

      Охват (например, уровень детализации) и формы СЭМ (как стандартизованной, так и не стандартизованной) должны соответствовать эксплуатационным характеристикам применяемого технологического оборудования и уровню его воздействия на окружающую среду.

      Определение стоимости и экономической эффективности внедрения и поддержания действующей СЭМ на должном уровне вызывает затруднения.

      СЭМ может обеспечить ряд преимуществ, например:

      улучшение экологических показателей предприятия;

      улучшение основы для принятия решений;

      улучшение понимания экологических аспектов компании;

      улучшение мотивации персонала;

      дополнительные возможности снижения эксплуатационных затрат и улучшение качества продукции;

      улучшение экологической результативности;

      снижение затрат, связанных с экологическими нарушениями, невыполнением установленных требований и др.

      На ряде предприятий, рассмотренных в рамках данного справочника по НДТ, функционируют СЭМ. К примеру СЭМ, соответствующая СТ РК ISO 14001, внедрена на предприятиях АО "Алюминий Казахстана".

      К примеру, на предприятии АО "КЭЗ" внедрена интегрированная система менеджмента (ИСМ). В ИСМ включены: система менеджмента качества, окружающей среды, охраны здоровья и обеспечения безопасности труда и система энергоменеджмента, объединенные общей политикой, целями и методами достижения этих целей. Кроме принципов менеджмента общих для всех подсистем в них применяются специфические методы и процедуры менеджмента в соответствии с требованиями стандартов ISO 9001:2015, ISO 14001:2015, ISO 45001:2018 и ISO 50001:2011.

4.3. Внедрение систем энергетического менеджмента

      Внедрение и поддержание функционирования СЭнМ является НДТ. Реализация и функционирование СЭнМ могут быть обеспечены в составе существующей системы менеджмента (например, СЭМ) или созданием отдельной СЭнМ.

      В состав СЭнМ входят, в той мере, в какой это применимо к конкретным условиям, следующие элементы: приверженность высшего руководства в отношении системы менеджмента энергоэффективности на уровне предприятия; политика в области энергоэффективности, утвержденная высшим руководством предприятия; планирование, а также определение целей и задач; разработка и соблюдение процедур, определяющих функционирование СЭнМ в соответствии с требованиями международного стандарта ISO 50 001 [15].

      Особое внимание уделяется следующим вопросам:

      организационной структуре системы;

      ответственности персонала, его обучению, повышению компетентности в области энергоэффективности;

      обеспечению внутреннего информационного обмена (собрания, совещания, электронная почта, информационные стенды, производственная газета и др.);

      вовлечению персонала в мероприятия, направленные на повышение энергоэффективности;

      ведению документации и обеспечению эффективного контроля производственных процессов;

      обеспечению соответствия законодательным требованиям в области энергоэффективности и соответствующим соглашениям (если таковые существуют);

      определению внутренних показателей энергоэффективности и их периодической оценке, а также систематическому и регулярному сопоставлению их с отраслевыми и другими подтвержденными данными.

      При оценке результативности ранее выполненных и внедрении корректирующих мероприятий должно уделяться особое внимание следующим вопросам:

      мониторингу и измерениям;

      корректирующим и профилактическим действиям;

      ведению документации;

      внутреннему (или внешнему) аудиту с целью оценки соответствия системы установленным требованиям, результативности ее внедрения и поддержания ее на соответствующем уровне;

      регулярному анализу СЭнМ со стороны высшего руководства на соответствие целям, адекватности и результативности;

      учету при проектировании новых установок и систем возможного воздействия на окружающую среду, связанное с последующим выводом их из эксплуатации;

      разработке собственных энергоэффективных технологий и отслеживанию достижений в области методов обеспечения энергоэффективности за пределами предприятия.

      СЭнМ может включать следующие необязательные элементы:

      подготовка и публикация периодической декларации об энергоэффективности (с внешним подтверждением или без такового), позволяющей ежегодное сравнение результативности с поставленными целями и задачами;

      регулярная внешняя проверка и подтверждение (сертификация) системы менеджмента и процедуры аудита;

      внедрение и функционирование системы менеджмента энергоэффективности соответствующей добровольным стандартам, принятым на национальном или международном уровне [3].

      Достигнутые экологические выгоды

      Снижение потребления энергии и ресурсов, улучшение экологических показателей и поддержание высокого уровня эффективности этих показателей.

      Экологические показатели и эксплуатационные данные

      Оценка опыта внедрения СЭнМ на предприятиях как в Казахстане, так и за рубежом показывает, что организация и внедрение СЭнМ позволяют снизить потребление энергии и ресурсов ежегодно на 1–3 % (на начальном этапе до 10– 20 %), что соответственно приводит к снижению выбросов вредных веществ и парниковых газов. Применение энергетического менеджмента на предприятиях играет огромную роль для ограничения выбросов парниковых газов (ПГ).

      Кросс-медиа эффекты

      Снижение энергоемкости производства.

      Технические соображения, касающиеся применимости

      Описанные выше компоненты, как правило, могут быть применены ко всем объектам, входящим в область действия настоящего документа. Объем (например, уровень детализации) и характер СЭнМ (например, стандартизированная или не стандартизированная) будут связаны с характером, масштабом и сложностью установки, а также с диапазоном воздействия на окружающую среду, которое она может оказывать.

      Экономика

      В зависимости от применяемого метода в каждом конкретном случае.

      Движущая сила внедрения

      Движущими силами для внедрения мероприятий по энергоэффективности являются:

      улучшение экологических показателей;

      повышение энергоэффективности;

      повышение уровня мотивации и вовлечения персонала;

      дополнительные возможности для снижения эксплуатационных затрат и улучшения качества продукции.

4.4. Мониторинг эмиссий

      Описание

      Мониторинг представляет собой систематические наблюдения за изменениями химических или физических параметров в различных средах, основанный на повторяющихся измерениях или наблюдениях с определенной частотой, в соответствии с задокументированными и согласованными процедурами. Мониторинг проводится для получения достоверной (точной) информации о содержании загрязняющих веществ в отходящих потоках (выбросы, сбросы) для контроля и прогнозирования возможных воздействий на окружающую среду.

      Техническое описание

      Одним из наиболее важных вопросов является контроль эффективности процессов связанных с очисткой выбросов, сбросов, удалением и переработкой отходов для того, чтобы можно было провести анализ о достижимости поставленным экологическим целям, а также выявлению и устранению возможных аварий и инцидентов.

      Частота проведения мониторинга зависит от вида загрязняющего вещества (токсичность, воздействие на ОС и человека), характеристик используемого сырьевого материала, мощности предприятия, а также применяемых методов сокращения выбросов, при этом она должна быть достаточной, чтобы получить репрезентативные данные для контролируемого параметра.

      При выполнении мониторинга атмосферного воздуха основное внимание должно уделяться состоянию окружающей среды в зоне активного загрязнения (для источников загрязнения атмосферы), а также на границе санитарно-защитной зоны в тех случаях, когда это необходимо для отслеживания соблюдения экологического законодательства Республики Казахстан и нормативов качества окружающей среды.

      Используемые для мониторинга методы, средства измерений, применяемое оборудование, процедуры и инструменты, должны соответствовать стандартам, действующим на территории Республики Казахстан. Использование международных стандартов должно быть регламентировано нормативно-правовыми актами Республики Казахстан.

      Перед проведением замеров необходимо составление плана мониторинга, в котором должны быть учтены такие показатели, как режим эксплуатации установки (непрерывный, прерывистый, операции пуска и останова, изменение нагрузки), эксплуатационное состояние установок по очистке газа или стоков, факторы возможного термодинамического воздействия.

      При определении методов измерений, точек отбора проб, количества проб и продолжительности их отбора необходимо учитывать такие факторы, как:

      режим работы установки и возможные причины его изменения;

      потенциальную опасность выбросов;

      время, необходимое для отбора проб с целью получения наиболее полной информации об определяемом загрязняющем веществе в составе газа.

      Обычно при выборе эксплуатационного режима для проведения измерения выбирается режим, при котором могут быть отмечены максимальные выбросы (максимальная нагрузка).

      При этом для определения концентрации загрязняющих веществ в сточных водах могут быть использованы произвольный отбор или объединенные суточные пробы (24 часа), основанные на отборе проб пропорционально расходу или усредненные по времени.

      При отборе проб неприемлемо разбавление газов или сточных вод, так как полученные при этом показатели нельзя будет считать объективными.

      Мониторинг эмиссий может проводиться как при помощи инструментальных замеров, так и расчетным методом.

      Результаты измерений должны быть репрезентативными, взаимно сопоставимыми и четко описывать соответствующее рабочее состояние установки.

      Точки отбора проб

      Точки отбора проб должны соответствовать требованиям законодательства Республики Казахстан в области измерений. Точки отбора проб должны:

      быть четко обозначенными;

      если возможно, иметь постоянный поток газа в точке отбора;

      иметь необходимые источники энергии;

      иметь доступ и место для размещения приборов и специалиста;

      обеспечивать соблюдение требований безопасности на рабочем месте.

      Компоненты и параметры

      Компонентами производственного мониторинга являются контролируемые загрязняющие вещества, присутствующие в эмиссиях в окружающую среду (выбросы, сбросы,), измеряемые или рассчитываемые на основе утвержденных методических документов.

      Стандартные условия

      При исследованиях состояния атмосферного воздуха необходимо учитывать:

      температуру окружающей среды;

      относительную влажность;

      скорость и направление ветра;

      атмосферное давление;

      общее погодное состояние (облачность, наличие осадков);

      объем газовоздушной смеси;

      температуру отходящего газа (для расчета концентрации и массового расхода);

      содержание водяных паров;

      статическое давление, скорость потока в канале отходящего газа;

      содержание кислорода.

      Данные параметры могут использоваться при определении наличия определенных компонентов в отходящем потоке газа, например, температура, содержание кислорода и пыли в газе могут указывать на разложение ПХДД/Ф. Значение pH в сточных водах может также использоваться для определения эффективности осаждения металлов.

      Помимо наблюдений за качественными и количественными показателями отходящих потоков, мониторингу подлежат параметры основных технологических процессов, к которым относятся:

      количество загружаемого сырья;

      производительность;

      температура горения (или скорость потока);

      количество подсоединенных аспирационных установок;

      скорость потока, напряжение и количество удаляемой пыли из рукавного или электрофильтра вместо концентрации пыли;

      датчики утечки для применяемого очистного оборудования (например, возможные превышения концентрации при разрыве фильтровальной ткани рукавных фильтров).

      В дополнение к вышеперечисленным параметрам для эффективной работы установки и системы очистки дымовых газов могут быть необходимы дополнительные измерения определенных параметров (таких как напряжение и электричество (электрофильтры), перепад давления (рукавные фильтры) и концентрации загрязняющих веществ на различных установках в газоходах (например, до и после пылегазоочистки).

      Непрерывное и периодическое измерение выбросов

      Непрерывный мониторинг выбросов предполагает постоянное измерение автоматизированной системой мониторинга, установленной на источнике выбросов.

      Возможно непрерывное измерение нескольких компонентов в газах или в сточных водах, и в некоторых случаях точные концентрации могут определяться непрерывно или в виде средних значений в течение согласованных периодов времени (почасово, посуточно и т. д.). В этих случаях анализ средних значений и использование процентилей могут обеспечить гибкий метод демонстрации соответствия условиям разрешения, а средние значения можно легко и автоматически оценить.

      Для источников и компонентов выбросов, которые могут оказывать значительное воздействие на окружающую среду, следует установить непрерывный мониторинг. Пыль может оказывать значительное воздействие на окружающую среду и здоровье, содержать токсичные компоненты. Постоянный мониторинг пыли позволяет также определить разрывы мешков в рукавных фильтрах.

      Периодические измерения включают определение измеряемой величины с заданными временными интервалами с использованием ручных или автоматизированных методов. Указанные промежутки времени обычно являются регулярными (например, один раз в месяц или один раз/два раза в год). Длительность отбора определяется как период времени, в течение которого образец отбирается. На практике иногда выражение "точечный отбор" используется аналогично "периодическому измерению". Количество отбираемых проб может быть различным в зависимости от определяемого вещества, условий отбора проб, однако для получения достоверных показателей стабильного выброса наилучшей рекомендуемой практикой является получение как минимум трех выборок последовательно в одной серии измерений.

      Продолжительность и время измерений, точки отбора проб, измеряемые вещества (т. е. загрязнители и косвенные параметры) также устанавливаются на начальном этапе при определении целей мониторинга. В большинстве случаев продолжительность отбора проб составляет 30 минут, но также может быть и 60 минут в зависимости от загрязняющего вещества, интенсивности выброса, а также схемы расположения мест отбора проб (места уставки датчиков – в случае использования автоматизированных систем). Так, например, в случаях низких концентрации пыли или необходимости определения ПХДД/Ф может потребоваться больше времени для отбора проб.

      Оценку воздействия выбросов и их сокращение с течением времени следует сопоставлять с относительной долей неорганизованных и организованных источников выбросов на конкретном участке. Сравнение этих результатов со стандартами качества окружающей среды, пределом воздействия на рабочем месте или прогнозируемыми значениями концентраций.

      Местоположения точек отбора должны соответствовать стандартам безопасности, быть легкодоступными и иметь достаточный размер.

4.4.1. Мониторинг выбросов загрязняющих веществ в атмосферу

      Производственный мониторинг является элементом производственного экологического контроля, который проводится для получения объективных данных с установленной периодичностью о воздействии производственной деятельности предприятия на окружающую среду.

      Организованные выбросы в атмосферный воздух, а также параметры процессов контролируются с использованием периодических или непрерывных методов измерения в соответствии с утвержденными стандартами.

      Тип использованного мониторинга (непрерывные или периодические измерения) зависит от ряда факторов, таких как природа загрязняющего вещества, экологическая значимость выбросов или ее изменчивость [33].

      Мониторинг выбросов может осуществляться методом прямых измерений, из которых можно выделить:

      инструментальный метод, основанный на автоматических газоанализаторах, непрерывно измеряющих концентрации загрязняющих веществ в выбросах контролируемых источников (непрерывные измерения);

      инструментально-лабораторный – основанный на отборе проб отходящих газов из контролируемых источников с последующим их анализом в химических лабораториях (периодические измерения);

      расчетный метод – основанный на использовании методологических данных.

      Мониторинг выбросов в атмосферном воздухе может проводиться как для организованных, так и для неорганизованных источников выбросов.

      Мониторинг концентраций ЗВ в дымовых газах осуществляется в форме периодических или непрерывных измерений. Периодические замеры проводятся специализированным персоналом путем краткосрочного отбора проб дымовых газов в трубе. Для измерений образец дымового газа извлекается из газохода, и загрязняющее вещество анализируется мгновенно с помощью переносных измерительных систем (например, газоанализаторов) или впоследствии в лаборатории. Мониторинг эмиссий путем непрерывных измерений (автоматизированный мониторинг), осуществляется измерительным оборудованием, установленным непосредственно в дымовой трубе, а также в газоходе с соблюдением действующих в Республике Казахстан стандартов отбора проб.

      Особое внимание следует уделять мониторингу неорганизованных выбросов, так как их количественное определение требует больших трудовых и временных затрат. Имеются соответствующие методики измерения, но уровень достоверности результатов, получаемых с их применением, низок, и в связи с увеличением числа потенциальных источников оценка суммарных неорганизованных выбросов/сбросов может потребовать более существенных затрат, чем в случае выбросов/сбросов от точечных источников.

      Ниже рассмотрены некоторые методы количественного определения неорганизованных выбросов:

      метод аналогии с организованными выбросами, основанный на определении "эквивалентной поверхности", через которую измеряется поток вещества;

      оценка утечек из оборудования;

      использование расчетных методов с помощью коэффициентов для определения выбросов из емкостей для хранения, во время погрузочно-разгрузочных операций, а также выбросов, возникающих в результате деятельности вспомогательных участков (очистных сооружений и пр.);

      использование устройств для оптического мониторинга (обнаружение и определение концентраций загрязняющих веществ в результате утечки с подветренной от предприятия стороны с использованием электромагнитного излучения, которое поглощается и/или рассеивается загрязняющими веществами);

      метод материального баланса (учет входного потока вещества, его накопление, выходной поток этого вещества, а также его разложение в ходе технологического процесса, после чего остаток считается поступившим в окружающую среду в виде выбросов);

      выпуск газа-трассера в различные выбранные точки или зоны на территории предприятия, а также в точки, расположенные на разной высоте на этих участках;

      метод оценки по принципу подобия (количественная оценка выбросов исходя из результатов измерения качества воздуха с подветренной стороны с учетом метеорологических данных);

      оценка мокрых и сухих осаждений загрязняющих веществ с подветренной от предприятия стороны, что позволит впоследствии оценить динамику этих выбросов (за месяц или за год).

      Нет методов измерений, которые применимы для общего использования на всех участках, и методологии измерений отличаются от участка к участку. Имеются значительные воздействия от других источников поблизости от промплощадки, такие как вспомогательные производства, транспорт и иные источники, которые сильно затрудняют экстраполяцию. Следовательно, полученные результаты относительны или являются ориентирами, которые могут указывать на снижение, достигнутое при помощи принятых мер по снижению неконтролируемых выбросов.

      Точки отбора проб должны отвечать стандартам производственной гигиены и техники безопасности, быть легко и быстро достижимы и иметь должные размеры.

      Измерение неорганизованных выбросов от площадных источников является более сложным и требует более тщательно разработанных методов, так как:

      характеристики выбросов регулируются метеорологическими условиями и подвержены большим колебаниям;

      источник выбросов может иметь большую площадь и определен с неточностью;

      погрешности относительно измеренных данных могут быть значительны.

      Мониторинг неорганизованных выбросов, попадающих в атмосферу от не плотностей технологического оборудования, должен проводиться с помощью оборудования для обнаружения утечек летучих органических соединений (ЛОС). Если объемы утечек малы и их невозможно оценить инструментальными замерами, то может применяться метод массового баланса в сочетании с отдельными измерениями концентраций загрязняющих веществ.

      Описанные методы для мониторинга неорганизованных выбросов были разработаны с учетом международного опыта и находятся на той стадии, когда они не могут выдать точные и надежные фактические показатели, однако они позволяют показывать ориентировочные уровни выбросов или тенденции возможного увеличения выбросов за определенный период времени. В случае применения одного или нескольких предлагаемых методов необходимо учитывать местный опыт использования, знания местных условий, особой конфигурации установки и т. п.

      Методы и инструменты, используемые для мониторинга эмиссий в атмосферный воздух, устанавливаются соответствующими национальными нормативно-правовыми актами.

4.4.2. Мониторинг сбросов загрязняющих веществ в водные объекты

      Производственный мониторинг водных ресурсов представляет единую систему наблюдений и контроля деятельности предприятия для своевременного выявления и оценки происходящих изменений, прогнозирования мероприятий, направленных на рациональное использование водных ресурсов и смягчение воздействия на окружающую среду.

      В рамках производственного мониторинга состояния водных ресурсов предусматриваются контроль систем водопотребления, водоотведения и осуществление наблюдений за источниками воздействия на водные ресурсы рассматриваемого района, а также их рационального использования.

      Результаты мониторинга позволяют своевременно выявить и провести оценку происходящих изменений окружающей среды при осуществлении производственной деятельности.

      Мониторинг состояния водных ресурсов включает:

      операционный мониторинг – наблюдения за работой и эффективностью очистных сооружений сточных вод;

      мониторинг эмиссий – наблюдения за объемами сбрасываемых сточных вод и их соответствия установленным нормативам, качеством сточных вод и их соответствия установленным нормам ПДС;

      мониторинг воздействия – наблюдения за качеством вод приемника сточных вод – пруда-накопителя (фоновые концентрации загрязняющих веществ).

      Производственный мониторинг в области охраны и использования водных объектов включает регулярный контроль нормируемых параметров и характеристик:

      технологических процессов и оборудования, связанных с образованием сточных вод;

      мест водозабора и учета используемой воды;

      выпусков сточных вод, в том числе очищенных;

      сооружений для очистки сточных вод и сооружений систем канализации;

      систем водопотребления и водоотведения;

      поверхностных и подземных водных объектов, пользование которыми осуществляется на основании разрешительной документации, а также территорий водоохранных зон и прибрежных защитных полос.

      Метод непрерывных измерений наряду с оценкой выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух широко применяется также для определения параметров сточных вод промышленных предприятий. Измерения проводятся непосредственно в потоке сточных вод.

      Основным параметром, который практически всегда устанавливается в ходе непрерывных измерений, является объемный расход сточных вод. Дополнительно в процессе непрерывного мониторинга в потоке сточных вод могут определяться следующие параметры:

      pH и электропроводимость;

      температура;

      мутность.

      Выбор в пользу использования непрерывного мониторинга для сбросов зависит от:

      ожидаемого воздействия сбросов сточных вод на окружающую среду с учетом особенностей местных условий;

      необходимости мониторинга и контроля производительности установки по очистке сточных вод для возможности быстрого реагирования на изменения параметров очищенной воды (при этом минимальная частота проведения замеров может зависеть от конструкции очистных сооружений и объемов сбросов сточных вод);

      наличия и надежности измерительного оборудования и характера сброса сточных вод;

      затрат на непрерывные измерения (экономической целесообразности).

4.5. Проведение планово-предупредительного ремонта и технического обслуживания оборудования и техники

      Система ППР – это комплекс мероприятий, направленных на предупреждение износа и содержание в работоспособном состоянии оборудования.

      Сущность системы ППР состоит в том, что после отработки оборудованием определенного времени производятся профилактические осмотры и различные виды плановых ремонтов, периодичность и продолжительность которых зависят от конструктивных и ремонтных особенностей оборудования и условий его эксплуатации.

      Система ППР предусматривает также комплекс профилактических мероприятий по содержанию и уходу за оборудованием.

      Она исключает возможность работы оборудования в условиях прогрессирующего износа, предусматривает предварительное изготовление деталей и узлов, планирование ремонтных работ и потребности в трудовых и материальных ресурсах.

      Положения о ППР разрабатываются и утверждаются отраслевыми министерствами и ведомствами и являются обязательными для выполнения предприятиями отрасли.

      Основное содержание ППР – внутрисменное обслуживание (уход и надзор) и проведение профилактических осмотров оборудования, которое обычно возлагается на дежурный и эксплуатационный персонал, а также выполнение плановых ремонтов оборудования.

      Системой ППР предусматриваются также плановые профилактические осмотры оборудования инженерно-техническим персоналом предприятия, которые производятся по утвержденному графику.

      Грузоподъемные машины, кроме обычных профилактических осмотров, подлежат также техническому освидетельствованию, проводимому лицом по надзору за этими машинами.

      Системой ППР предусматриваются ремонты оборудования 2-х видов: текущие и капитальные.

      Текущий ремонт оборудования включает выполнение работ по частичной замене быстроизнашивающихся деталей или узлов, выверке отдельных узлов, очистке, промывке и ревизии механизмов, смене масла в емкостях (картерных) систем смазки, проверке крепления и замене вышедших из строя крепежных деталей.

      При капитальном ремонте, как правило, выполняется полная разборка, очистка и промывка ремонтируемого оборудования, ремонт или замена базовых деталей (например, станин); полная замена всех изношенных узлов и деталей; сборка, выверка и регулировка оборудования.

      При капитальном ремонте устраняются все дефекты оборудования, выявленные как в процессе эксплуатации, так и при проведении ремонта.

      Периодичность остановок оборудования на текущие и капитальные ремонты определяется сроком службы изнашиваемых узлов и деталей, а продолжительность остановок – временем, необходимым для выполнения наиболее трудоемкой работы.

      Для выполнения ППР оборудования составляются графики. Каждое предприятие обязано составлять по установленной форме годовой и месячный графики ППР.

      Система ППР предполагает безаварийную модель эксплуатации и ремонта оборудования, однако в результате изношенности оборудования или аварий проводятся и внеплановые ремонты.

      Преимущества использования системы ППР:

      контроль продолжительности межремонтных периодов работы оборудования;

      регламентирование времени простоя оборудования в ремонте;

      прогнозирование затрат на ремонт оборудования, узлов и механизмов;

      анализ причин поломки оборудования;

      расчет численности ремонтного персонала в зависимости от ремонтосложности оборудования.

      Недостатки системы ППР:

      отсутствие удобных инструментов планирования ремонтных работ;

      трудоемкость расчетов трудозатрат;

      трудоемкость учета параметра-индикатора;

      сложность оперативной корректировки планируемых ремонтов.

4.6. Управление отходами

      Согласно Экологическому кодексу, нормативным правовым актам, принятым в Республике Казахстан, все отходы производства и потребления должны собираться, храниться, обезвреживаться, транспортироваться и захораниваться с учетом их воздействия на окружающую среду.

      В целях предотвращения загрязнения компонентов природной среды накопление и удаление отходов производится в соответствии с международными стандартами и действующими нормативами Республики Казахстан, а также внутренними стандартами.

      Обращение с отходами, а также их размещение при проведении запланированных работ должны обеспечивать условия, при которых образующиеся отходы не оказывают вредного воздействия на состояние окружающей среды и здоровье персонала предприятия при необходимости временного накопления производственных отходов на промышленной площадке (до момента использования отходов в последующем технологическом процессе или направления на объект для размещения).

      Система управления отходами заключается в следующем:

      идентификация образующихся отходов;

      раздельный сбор отходов (сегрегация) в местах их образования с учетом целесообразного объединения видов по степени и уровню их опасности с целью оптимизации дальнейших способов удаления, а также вторичного использования определенных видов отходов;

      накопление и временное хранение отходов до целесообразного вывоза;

      хранение в маркированных герметичных контейнерах;

      сбор отходов на специально отведенных и обустроенных площадках;

      транспортировка под строгим контролем с регистрацией движения всех отходов.

      Хранение отходов в контейнерах позволяет предотвратить утечки, уменьшить уровень их воздействия на окружающую среду, а также воздействие погодных условий на состояние отходов.

4.6.1 Управление технологическими остатками

      В производстве алюминия ежегодно образуются миллионы тонн отходов – шлаков, шламов, пыли и окалины, которые составляют значительные потери исходного сырья.

      Основная цель всегда состоит в снижении образования отходов путем оптимизации процесса и комплексной переработки остаточных продуктов и отходов при условии отсутствия негативных межсредовых эффектов.

      Сведение отходов к минимуму посредством оптимизации процесса и насколько возможно большего использования остатков и отходов является существующей практикой на сегодняшний день на многих предприятиях.

      Многочисленные остатки используются в качестве сырья для других процессов. Применяются следующие техники по управлению остатками и отходами производства:

      1) выбор технологии размещения отходов производства в зависимости от характеристики отходов;

      2) рациональное управление местами размещения отходов применяется при:

      строительстве карт шламонакопителей в качестве плотного строения основания и дамбы (в т. ч. уменьшается образование кислот и загрязнение подземных вод);

      будущей рекультивации шламонакопителей в качестве покрытия откосов дамбы дробленой породой или синтетическим материалом и щебнем, покрытие почвенным слоем и посев травы (уменьшение пыления);

      эксплуатации шламонакопителей (поддержание рабочего состояния дренажных канав по периметру шламонакопителей) в качестве регулярной проверки и поддержания в порядке обводных каналов отвальных площадок.

4.7. Управление водными ресурсами

      Организация системы водопользования является неотъемлемой частью производственного процесса. При этом необходимо учитывать имеющиеся на предприятии процессы, качество и доступность исходной потребляемой воды, объемы потребления, климатические условия, доступность и целесообразность применения тех или иных технологий, требования законодательства в области охраны окружающей среды и промышленной безопасности, а также массу других аспектов. Снижение потребление воды, забираемой из внешних источников, является основной целью системы водопользования, показателями эффективности которой служат данные удельного и валового потребления воды на предприятии.

      Вода промышленных предприятий подразделяется по назначению на охлаждающую, технологическую и энергетическую.

      Охлаждающая вода применяется в контурах охлаждения металлургического оборудования, а также для охлаждения промежуточных и готовых продуктов в различных операциях и переделах. Она может быть разделена на неконтактную охлаждающую воду и охлаждающую воду прямого контакта.

      Вода на неконтактное охлаждение применяется для охлаждения печей, печных каминов, разливных механизмов и т. п. В зависимости от места расположения установки охлаждение может достигаться прямоточной или циркуляционной системой с испарительными градирнями.

      Охлаждающая вода прямого контакта обычно загрязнена металлами и взвешенными твердыми частицами и часто появляется в больших количествах.

      В связи с особой схемой и во избежание эффекта разбавления вода на прямое контактное охлаждение принципиально должна проходить очистку отдельно от других сточных вод.

      Технологическая вода делится на средообразующую, промывную и реакционную. Средообразующая вода применяется для растворения и образования пульп, при обогащении и переработке руд, гидротранспорта продуктов и отходов производства. Промывные воды используются для промывки газообразных, жидких и твердых продуктов. Реакционная вода – вода, используемая для приготовления реагентов.

      Энергетическая вода потребляется для производства пара, а также в качестве теплоносителя в системах обогрева.

4.7.1. Предотвращение образования сточных вод

      Описание

      Технологии и методы повторного использования воды (замкнутый цикл) успешно применяются в металлургии для сокращения образования сточных вод. Снижение объемов сточных вод также иногда оказывается экономически выгодным, так как при снижении объема сбрасываемой сточной воды уменьшается объем отбора пресной воды из природных водных объектов, что также положительно влияет на межсредовые последствия.

      Техническое описание

      В таблице 4.1 отражены этапы процессов переработки и повторного использования образующихся сточных вод.

      Таблица 4.1. Обзор потоков сточных вод и методов их очистки и минимизации

№ п/п

Источник сточных вод

Методы минимизации стоков

Методы очистки стоков

1

2

3

4

1

Техническая вода

Повторное использование в процессе насколько это возможно

Нейтрализация и осаждение. Электролиз

2

Вода для непрямого охлаждения

Использование герметичной системы охлаждения. Мониторинг системы для обнаружения утечек

Использование добавок с более низким потенциальным воздействием на окружающую среду

3

Вода для прямого охлаждения

Отстаивание или другой метод обработки. Закрытая система охлаждения
 

Отстаивание.
Осаждение, если необходимо

4

Грануляция шлака

Повторное применение в замкнутой системе

Отстаивание.
Осаждение, если необходимо

5

Скруббер (продувка)

Обработка путем продувки. Повторное использование потоков слабых кислот, если это возможно

Отстаивание.
Осаждение, если необходимо

6

Поверхностная вода

Уборка дворов и дорог.
Надлежащее хранение сырья

Отстаивание. Осаждение, если необходимо. Фильтрация

      Переработка и повторное использование – это меры, интегрированные в технологические процессы. Переработка предусматривает возврат воды в процесс, в котором она была получена. Повторное использование стоков означает применение воды для другой цели, например, стоки поверхностных вод могут использоваться для охлаждения.

      Как правило, в циркуляционной системе используются базовые методы очистки или периодически сбрасывается около 10 % циркулирующей жидкости в целях предотвращения накопления в циркуляционной системе взвешенных твердых частиц, металлов и солей. Например, вода для охлаждения обычно возвращается в процесс через циркуляционную систему, как показано ниже на рисунке 4.1.

     


      Рисунок 4.1. Пример системы рециркуляции воды для охлаждения

      После обработки очищенную воду можно также повторно использовать для охлаждения, увлажнения и в некоторых других процессах. Соли, содержащиеся в очищенной воде, при повторном ее использовании могут создать определенные проблемы, например, осаждение кальция в теплообменниках. Также необходимо принимать во внимание риск роста бактерии легионеллы в теплой воде. Данные проблемы могут значительно ограничить повторное использование воды.

      При наличии воды в большом объеме можно использовать проточные системы охлаждения при условии незначительного воздействия на окружающую среду.

      Одной из проблем является количество сбрасываемой воды, поскольку на некоторых установках используются системы рециркуляции больших объемов воды. Одним из факторов, который необходимо учитывать при оценке воздействия сбросов, является масса содержащихся в них загрязняющих веществ.

      Достигнутые экологические выгоды

      Предотвращение образования сточных вод.

      Экологические характеристики и эксплуатационные данные

      Зависят от конкретного объекта и технологических данных.

      Кросс-медиа эффекты

      Использование энергии.

      Использование добавок, например, осаждающих агентов или биоцидов, при подготовке охлаждающей воды.

      Перенос тепла от воды в атмосферу.

      Технические соображения, касающиеся применимости

      Общеприменима.

      Экономика

      Информация не предоставлена.

      Движущая сила внедрения

      Снижение потребления водных ресурсов, повышение показателей экологической эффективности.

4.8 Физические воздействия

      Шум.

      Шум и вибрация являются общими проблемами в секторе, и источники встречаются во всех секторах производства алюминия. Металлургическую промышленность в целом можно отнести к отрасли с выраженным шумовым фактором.

      Образование шума сопровождает все стадии процесса производства алюминия, начиная от выгрузки, складирования и подготовки материалов до процесса получения и отправки готовой продукции.

      Источниками шума являются непрерывно работающие дробильно-сортировочное оборудование, компрессоры, подъемно-транспортное и вспомогательное оборудование (вентиляционные установки и т. д.).

      Допустимые шумовые характеристики рабочих мест регламентируются требованиями нормативно-правовых актов Республики Казахстан.

      Мероприятия по борьбе с шумом – это технические мероприятия, которые проводятся по трем главным направлениям:

      устранение причин возникновения шума или снижение его в источнике;

      ослабление шума на путях передачи.

      Основными мероприятиями по борьбе с шумом являются рационализация технологических процессов с использованием современного оборудования, звукоизоляция источников шума, звукопоглощение, улучшенные архитектурно-планировочные решения, средства индивидуальной защиты.

      Наиболее эффективным средством снижения шума является замена шумных технологических операций на малошумные или полностью бесшумные, однако этот путь борьбы не всегда возможен, поэтому большое значение имеет снижение его в источнике.

      Снижение шума в источнике достигается путем совершенствования конструкции или схемы той части оборудования, которая производит шум, использования в конструкции материалов с пониженными акустическими свойствами, оборудования на источнике шума дополнительного звукоизолирующего устройства или ограждения, расположенного по возможности ближе к источнику.

      Одним из наиболее простых технических средств борьбы с шумом на путях передачи является звукоизолирующий кожух, который может закрывать отдельный шумный узел машины (например, коробку передач) или весь агрегат в целом.

      Значительный эффект снижения шума от оборудования дает применение акустических экранов, отгораживающих шумный механизм от рабочего места или зоны обслуживания машины.

      Применение звукопоглощающих облицовок для отделки потолка и стен шумных помещений приводит к изменению спектра шума в сторону более низких частот, что даже при относительно небольшом снижении уровня существенно улучшает условия труда.

      Наиболее эффективный путь борьбы с шумом – снижение его в источнике возникновения за счет применения рациональных конструкций, новых материалов и гигиенически обоснованных технологических процессов.

      Основными мероприятиями по снижению шума являются:

      звукоизоляция оборудования и инструментов с помощью глушителей, резонаторов, кожухов;

      звукоизоляция ограждающих конструкций, звукопоглощающая облицовка стен, потолков и полов;

      применение глушителей в системах вентиляции и кондиционирования воздуха, оборудовании;

      акустически рациональные планировочные решения в проектировании зданий, помещений, сооружений;

      конструктивные мероприятия, направленные на уменьшение шума, в том числе от инженерного и санитарно-технического оборудования зданий.

      На производственное оборудование, создающее шум, должны быть оформлены технические паспорта, в которых указывают шумовые характеристики этого оборудования, измеренные заводом-изготовителем.

      С целью выявления причин повышенной шумности необходимо обращать внимание на следующие моменты:

      изношенность оборудования;

      состояние крепления отдельных узлов и оборудования в целом к фундаменту, полу или ограждающим конструкциям зданий;

      состояние балансировки движущихся деталей агрегатов;

      наличие и состояние звукоизоляции ограждающих конструкций;

      состояние средств глушения при наличии выхлопа газовых или воздушных струй;

      недостаточность использования смазки вязкими веществами в местах трения и соударения деталей.

      Когда технические способы не могут обеспечить требований нормативов, необходима правильная организация режима труда, ограничение времени действия шума и применение средств индивидуальной защиты.

      Учитывая, что с помощью технических средств в настоящее время не всегда удается решить проблему снижения уровня шума, большое внимание должно уделяться применению средств индивидуальной защиты (антифоны, заглушки, наушники и др.). Эффективность средств индивидуальной защиты может быть обеспечена их правильным подбором в зависимости от уровней и спектра шума, а также контролем над условиями их эксплуатации.

      Вибрация

      Наиболее действенным средством защиты человека от вибрации является устранение непосредственно его контакта с вибрирующим оборудованием. Осуществляется это путем применения дистанционного управления, промышленных роботов, автоматизации и замены технологических операций.

      Снижение неблагоприятного действия вибрации ручных механизированных инструментов на оператора достигается путем технических решений:

      уменьшением интенсивности вибрации непосредственно в источнике (за счет конструктивных усовершенствований);

      средствами внешней виброзащиты, которые представляют собой упругодемпфирующие материалы и устройства, размещенные между источником вибрации и руками человека-оператора.

      В комплексе мероприятий важная роль отводится разработке и внедрению научно обоснованных режимов труда и отдыха.

      Техники, применяемые для снижения шумового воздействия и вибрации:

      ограждение шумных операций/агрегатов;

      виброизоляция производств/агрегатов;

      использование внутренней и внешней изоляции на основе звукоизолирующих материалов;

      звукоизоляция зданий для укрытия любых шумопроизводящих операций, включая оборудование для переработки материалов;

      установка звукозащитных стен и/ или природных барьеров;

      применение глушителей на отводящих трубах;

      звукоизоляция каналов и вентиляторов, находящихся в звукоизолированных зданиях;

      закрытие дверей и окон в цехах и помещениях;

      использование звукоизоляции машинных помещений;

      использование звукоизоляции стенных проемов, например, установка шлюза в месте ввода ленточного конвейера.

      Достигнутые экологические выгоды

      Снижение уровня шума.

      Экологические характеристики и эксплуатационные данные

      Фактор шума учтен на предприятиях производства алюминия. Действующее оборудование соответствует нормативам РК по уровню шумового воздействия.

      Данные производства алюминия декларируют уровень шума согласно аттестации рабочих мест. Уровень шума соответствует технической характеристике оборудования.

      Для снижения уровня шума применяются следующие методы:

      ограждение агрегатов;

      виброизоляция;

      звукоизоляция;

      применение глушителей.

      Кросс-медиа эффекты

      Не ожидается.

      Технические соображения, касающиеся применимости

      Применимо.

      Экономика

      Дополнительные затраты на инвестиции и техническое обслуживание.

      Движущая сила внедрения

      Требования экологического законодательства.

      Запах

      В настоящее время одной из серьезных экологических проблем в металлургической отрасли является проблема неприятных запахов.

      Запахи распознаются органами обоняния даже в очень малых концентрациях (значительно меньше ПДК), ниже тех, которые могут быть определены современными методами анализа. Поэтому нормирование запахов остается одной из достаточно сложных задач, поскольку уровень неприятных запахов должен быть понижен до уровня, не воспринимаемого органами обоняния, чувствительность которых может сильно отличаться у разных людей.

      Техническое описание

      Во всем мире запахи рассматриваются как фактор загрязнения окружающей среды, который следует нормировать, стремясь снизить выбросы дурно пахнущих веществ.

      В настоящее время в мире не существует единых стандартов в вопросе нормирования и контроля запахов. Разные страны используют свои подходы к установлению нормативов в области запаха. Однако общим для многих европейских стран является метод измерения запахов, утвержденный в 2003 г. европейским стандартом EN13725 "Качество воздуха – определение концентрации запаха методом динамической ольфактометрии.

      Неприятные запахи еще называются одорантами. К одорантам относится целый комплекс различных веществ органического и неорганического происхождения в концентрациях, не представляющих угрозу для здоровья. Источники выделения одорантов классифицируются следующим образом: точечные, линейные и площадные; подвижные и неподвижные; организованные и неорганизованные; постоянные и залповые и т. д.

      К одорантам относятся соединения восстановленной серы (сероводород, легкие меркаптаны и др.), азотсодержащие вещества (аммиак, амины и др.), ароматические углеводороды (фенолы, толуол, крезол, ксилол и др.), органические кислоты (масляная, валериановая, капроновая и др.), шпалопропиточные масла (каменноугольное и сланцевое масло), дизельное топливо и др.

      Ряд технологических процессов сопровождается выделением одорантов, которые пребывают в концентрациях, не представляющих угрозу для здоровья людей. Тем не менее, ароматические вещества, как правило, затрудняют нормальное функционирование легких, вызывая головную боль и нарушение сна.

      Закрытые производственные помещения в результате недостаточного воздухообмена могут накапливать разнообразные веществ. Отсутствие герметичности резервуаров и подведенных к ним трубопроводов (в результате их физического износа, некачественного изготовления и монтажа, пробоин, осадки грунта и т. д.) приводит к значительным потерям различных веществ.

      Среди методов по снижению выбросов пахучих веществ можно выделить следующие:

      выявление источников образования запахов и проведение мероприятий по их удалению и (или) сокращению запахов;

      эксплуатация и техническое обслуживание любого оборудования, которое может выделять запахи;

      надлежащее хранение и обращение с пахучими материалами;

      внедрение систем очистки вредных выбросов, сопровождающихся неприятными запахами.

      Достигнутые экологические выгоды

      Уменьшение уровня ощутимого запаха.

      Экологические характеристики и эксплуатационные данные

      В настоящее время существуют разнообразные газоочистные установки и устройства, в которых используются механические, физические, физико-химические, биологические методы и их комбинации для удаления из воздуха вредных примесей и пахучих веществ.

      Кросс-медиа эффекты

      Не ожидается.

      Технические соображения, касающиеся применимости

      Применимо.

      Экономика

      Дополнительные затраты на инвестиции и техническое обслуживание.

      Движущая сила внедрения

      Требования экологического законодательства.

5. Техники, которые рассматриваются при выборе наилучших доступных техник

      В данном разделе справочника по НДТ приводится описание существующих техник для конкретной области применения, которые предлагаются для рассмотрения в целях определения НДТ.

      При описании техник учитывается оценка преимуществ внедрения НДТ для окружающей среды, приводятся данные об ограничениях в применении НДТ, экономические показатели, характеризующие НДТ, а также иные сведения, имеющие значение для практического применения НДТ.

      Основной задачей описываемых в данном разделе методов является достижение минимальных показателей выбросов, сбросов, образования отходов с применением одной или нескольких техник, в целях комплексного предотвращения загрязнения окружающей среды.

5.1. Общие НДТ при производстве алюминия

      Эффективным способом ограничения загрязнения окружающей среды остается нормирование количества выбрасываемых веществ и контроль за выбросами.

      К основным мероприятиям по снижению вредного воздействия металлургических предприятий на окружающую среду следует отнести следующие:

      1. Мероприятия технического характера: модернизация печей спекания и кальцинации в производстве глинозема, улучшение технологии электролизеров и разливки в производстве первичного алюминия с учетом их воздействия на окружающую среду.

      2. Внедрение энергосберегающих технологий: использование тепла, энергии отходящих газов трубчатых печей спекания и кальцинации в производстве глинозема.

      3. Предотвращение и локализация выбросов: герметизация и укрытие технологического оборудования (бункеров вагоноопрокидывателей), мест перегрузок сыпучих материалов, предотвращение пыления складов рудных материалов, хвостохранилищ, шламонакопителей и др.

      4. Очистка вредных выбросов, образование которых нельзя предотвратить.

      5. Внедрение безотходных и малоотходных технологий с комплексным использованием сырья: утилизация образующихся в процессе производства отходов (шлаков, шламов и др.) и ликвидация в результате этого отвалов и шламохранилищ; более глубокое обогащение руд с исключением применения токсичных реагентов, более полное и экономное расходование воды, создание замкнутых систем водоснабжения, применение современных высокоэффективных очистных сооружений и комплекса различных реагентов.

5.2. Внедрение систем автоматизированного контроля и управления в технологическом процессе

5.2.1. Автоматизированные системы управления горнотранспортным оборудованием в производстве алюминия

      Описание

      Областью применения системы является диспетчеризация горнотранспортного оборудования: автосамосвалов, экскаваторов, бульдозеров, топливозаправщиков и другой техники, занятой на выемочно-погрузочных работах и в процессах транспортировки горной массы.

      Целью внедрения системы является повышение производительности горнотранспортного комплекса за счет оперативного контроля и оптимизации производственных процессов.

      Техническое описание

      На долю открытого способа приходится примерно 60 % добычи полезных ископаемых. Такой удельный вес открытого способа добычи будет сохраняться и в будущем. Между тем с увеличением глубины карьеров и усложнением горно-геологических условий добычи затраты на эксплуатацию карьерного транспорта могут превышать 50 % от себестоимости добычи. Поэтому повышение эффективности карьерного автотранспорта имеет существенное значение для горнодобывающих предприятий.

      Базовая система управления погрузочно-доставочным комплексом (экскаваторы, конвейерный, автомобильный, железнодорожный транспорт) обеспечивает:

      автоматический сбор информации и управление оборудованием в режиме реального времени с использованием высокоточной GPS системы позиционирования на каждой единице техники;

      автоматическая диспетчеризация;

      управление качеством руды;

      контроль эксплуатации (загрузки автосамосвалов, скорости движения, соблюдения маршрутов, работы двигателей, расхода топлива, эксплуатации шин);

      мониторинг технического состояния и обслуживания оборудования;

      автоматизированное составление необходимых отчетных форм.

      Управление качеством полезного ископаемого возможно за счет точного отслеживания каждой погрузки в деталях для контроля качества доставленного полезного ископаемого, выполнения различных требований к качеству полезного ископаемого отдельных приемных бункеров или накопительных складов, межзабойного усреднения – диспетчеризации порожних автосамосвалов по забоям с целью повышения производительности при выполнении требований к качеству полезного ископаемого, управления рудопотоками с усреднительных складов.

      Мониторинг технического обслуживания оборудования возможен за счет регистрации событий и аварий, слежения за критическими узлами оборудования, мониторинга эксплуатации шин (вес загрузки, время движения, вычисление тонно-километров, определения критических значений и сигнализации), мониторинга расхода топлива, ежесменной и накопительной отчетности (в том числе по простоям и их причинам).

      Кроме того, программно-техническое оборудование позволит включать в диспетчерскую систему карьера различное технологическое и инженерное оборудование: карьерный водоотлив, электротехническое оборудование и т. п.

      В 2006 году на карьерах Сибирской угольной энергетической компании (СУЭК) провели анализ эффективности использования карьерных автосамосвалов, работающих на предприятии. Оценивались различные показатели работы этой техники и в результате был выявлен ряд проблемных моментов. Оказалось, что на различных предприятиях расход топлива по одним и тем же моделям самосвалов может различаться на 70 % при сопоставимых горно-геологических условиях. Также было установлено, что грузоподъемность самосвалов по породе на некоторых предприятиях используется только на две трети, причем самой распространенной проблемой является невозможность оценки недогруза или перегруза. И в целом исследование показало, что коэффициент использования карьерных самосвалов в среднем по компании составляет всего 50 %.

      Например, на Стойленском ГОКе благодаря внедрению системы удалось добиться снижения потребления удельного расхода топлива на 5 %, увеличить производительность работы самосвалов на 6 % в течение первых четырех месяцев после внедрения системы и повысить их среднюю эксплуатационную скорость на 7,8 %, выровнять показатели качества сырья, поданного на переработку, создать без операторную АЗС, минимизирующую очереди. Также примером служит результат автоматизации на Бакырчикском горнодобывающем предприятии, где ведется инженерный анализ данных автоматической диспетчеризации для упрощения технологического процесса.

      Достигнутые экологические выгоды

      Улучшение экологических показателей за счет повышения энергоэффективности добычи и транспортировки добываемой руды и снижения расходов моторного топлива, электроэнергии в процессе добычи и транспортировки.

      Экологические показатели и эксплуатационные данные

      Применение автоматических систем управления горнотранспортным оборудованием позволяет оптимизировать движение самосвалов как при первоначальном распределении машин в начале смены, так и для автоматического их перераспределения в течение смены в зависимости от текущей ситуации в карьере.

      Система позволяет также осуществлять удаленную диагностику основных узлов и агрегатов автосамосвалов, экскаваторов и других мобильных объектов, например, диагностику двигателя автосамосвала, контроль давления в шинах, контроль состояния электрооборудования экскаватора, управление тяговым электроприводом и др.

      Кросс-медиа эффекты

      Снижение энергоемкости производства. Повышение уровня автоматизации и культуры производства.

      Технические соображения, касающиеся применимости

      Общеприменимо. Объем (например, уровень детализации) и характер внедрения будут связаны с характером, масштабом и сложностью установки, а также с ее эффективностью и диапазоном воздействия на окружающую среду, которое она может оказывать.

      Экономика

      В зависимости от применяемого метода в каждом конкретном случае. По открытым данным применения автоматических систем управления горнотранспортного оборудования на предприятиях АО "СУЭК" расчетный срок окупаемости данной системы составляет 11 месяцев.

      Движущая сила внедрения

      Движущими силами для внедрения мероприятий по энергоэффективности являются:

      улучшение экологических показателей;

      повышение энергоэффективности;

      дополнительные возможности для снижения эксплуатационных затрат и улучшения качества продукции.

5.2.2 Система автоматизации контроля и управления процессами обогащения в производстве алюминия

      Описание

      Стабильность процесса обогащения бокситовой руды может быть достигнута автоматизацией процессов добычи рудной горной массы, размещения рудной горной массы на складах, дробления рудной горной массы, измельчения, выщелачивания бокситов.

      Техническое описание

      Для обеспечения стабильности процесса обогащения и получения максимального эффекта система автоматизации контроля и управления процессами обогащения каждого технологического модуля отдельно должна быть объединена в единую систему автоматического управления с визуализацией действия системы в реальном времени на разных уровнях управления: дробильщик, машинист мельниц размола, аппаратчик выщелачивания, аппаратчик сгущения, промывки, фильтрации, сушки – диспетчер – технический руководитель, что является диспетчеризацией обогатительной фабрики.

      Автоматизация обогатительных фабрик включает комплекс организационных и технических мероприятий, обеспечивающих освобождение человека от непосредственного выполнения функций управления производственными процессами с передачей этих функций автоматическим устройствам, в состав которых входят системы автоматического контроля, регулирования, управления, сигнализации и защиты агрегатов и технологических установок. Автоматизация на обогатительных фабриках, как и на других производствах, развивается от создания локальных автоматических систем регулирования (АСР) отдельных операций обогатительной технологии до создания автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) и обогатительной фабрикой в целом.

      Технологический процесс, как и режимы работы машин, характеризуются совокупностью физических или химических параметров, влияющих на эффективность процесса. В течение технологического процесса эти параметры не должны выходить за пределы заданных значений, которые определяются режимной картой процесса. Задачей автоматизации в данном случае является сведение к минимуму отклонения основных параметров процесса, влияющих на его ход, от требуемых значений. В автоматизации различают автоматизированные системы управления технологическим процессом (АСУТП) и автоматические системы регулирования (АСР) некоторого фактора (параметра).

      При комплексной автоматизации управления отдельными, локальными технологическими процессами можно обеспечить передачу в режиме реального времени информации о показателях процессов, балансовых данных (вес, содержание руды), действий персонала по управлению процессом, иметь интегральный учет количества израсходованных материалов, реагентов и флокулянтов.

      Комплексные системы позволяют:

      производить автоматический и непрерывный контроль и управление работой механизмов, оборудованием технологических модулей, обеспечивая необходимое качество концентратов;

      осуществлять сбор и передачу данных технологических параметров работы системы в программу SCADA диспетчеризации производства.

      Комплексное применение разработанных автоматических систем управления позволяет:

      централизовать управление технологическим процессом в целом по предприятию;

      уменьшить риски нарушений технологических процессов;

      обеспечить оперативную выдачу необходимой информации о показателях процесса руководителям разного уровня;

      вести учет и отчет показателей;

      стабилизировать количество перерабатываемой руды;

      сократить потери ценных компонентов в отходах;

      сократить пылеобразование;

      стабилизировать расход реагентов и материалов;

      сократить электро- и водопотребление;

      обеспечить экологическую безопасность.

      Автоматический контроль процесса измельчения и классификации

      Процесс измельчения контролируется и управляется следующими параметрами – количеством в мельнице руды, воды и измельчающей среды (стержни, шары), размером куска в питании, плотностью и ситовым анализом на выходе мельницы.

      Основой для получения высоких технологических показателей в процессах обогащения бокситовой руды, в частности, на размоле, является эффективность предварительной классификации на гидроциклонах. При большом количестве факторов, определяющих эффективность классификации и диаметр граничного зерна разделения, основными являются давление и содержание твердого в питании гидроциклона.

      Современные гидроциклонные установки обеспечивают контроль и поддержание давления питания в соответствии с технической характеристикой гидроциклона. Содержание твердого в питании непостоянно, определяется режимом измельчения. По этой причине задачей системы автоматизации установки являются контроль и поддержание заданной плотности питания гидроциклона, и содержание в сливе гидроциклона готового класса крупности. Важным этапом внедрения АСУТП является оптимизация процесса отбора проб в схеме обогащения путем гарантии качества точности измерений по определению в продуктах обогащения содержания элементов/минералов, гранулометрического состава, количества загрязняющих веществ в промышленных отходах, уровня загрязнения почв на отведенных промышленных земельных участках.

      Достигнутые экологические выгоды

      На основании программного обеспечения вышеперечисленных автоматизированных систем помимо основных задач ведения технологических процессов определяются количественная и качественная оценка и снижение уровня негативного воздействия вредных выбросов в окружающую среду.

      Экологические показатели и эксплуатационные данные

      Применение автоматических систем управления оборудованием позволяют оптимизировать и стабилизировать процесс дробления и измельчения, а также повысить эффективность последующих процессов обогащения.

      Эффективное автоматическое управление обеспечивает стабилизацию технологических процессов обогащения.

      Кросс-медиа эффекты

      Снижение энергоемкости производства. Повышение уровня автоматизации и культуры производства.

      Технические соображения, касающиеся применимости

      Общеприменимо. Объем (например, уровень детализации) и характер внедрения будут связаны с характером, масштабом и сложностью установки, а также с ее эффективностью и диапазоном воздействия на окружающую среду, которое она может оказывать.

      Экономика

      В зависимости от применяемого метода в каждом конкретном случае.

      Движущая сила внедрения

      Движущими силами для внедрения мероприятий по энергоэффективности являются:

      улучшение экологических показателей;

      повышение энергоэффективности;

      дополнительные возможности для снижения эксплуатационных затрат и улучшения качества продукции.

5.2.3 Автоматизированные системы управления технологическим процессом (АСУТП) 

      Описание

      Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП) в производстве алюминия, используемые как для основных, так и для вспомогательных процессов, играют важную роль в управлении энергоэффективностью установки. АСУТП является составной частью общей системы мониторинга.

      Автоматизация производственного предприятия подразумевает разработку и внедрение автоматизированной системы, в состав которой входят датчики, контроллеры, компьютеры, а также организацию обработки данных. Широко признано, что автоматизация производственных процессов позволяет не только повысить качество продукции и уровень производственной безопасности, но и улучшить общую эффективность производственного процесса, включая энергоэффективность.

      В современных АСУТП для этих целей используется ряд подходов, включая:

      традиционные и более сложные методы регулирования;

      методы оптимизации и планирования процессов, а также управления их результативностью.

      Техническое описание

      Центральным элементом АСУТП является программируемый логический контроллер (ПЛК), представляющий собой небольшой компьютер, предназначенный для надежной эксплуатации в условиях промышленного производства. Помимо ПЛК элементами системы являются разнообразные датчики, исполнительные устройства, а также централизованная система диспетчерского контроля и сбора данных (т. н. SCADA-система).

      Все эти компоненты соединяются друг с другом и с производственным оборудованием, что позволяет управлять всеми функциями последнего с высокой степенью точности.

      ПЛК получает входные данные с цифровых и аналоговых датчиков и переключателей, производит вычисления на основе заложенной в него программы и, используя результаты вычислений, управляет различными исполнительными устройствами – клапанами, реле, серводвигателями и т. п., подавая на них выходные данные. Управление осуществляется во временном масштабе миллисекунд.

      ПЛК способен обмениваться информацией с оператором через операторские панели, а также SCADA-системы, установленные на производстве. Обмен данными с бизнес-уровнем предприятия (корпоративные информационные системы, финансовый учет и планирование), как правило, требует отдельного SCADA-пакета.

      Методы регулирования

      К традиционным методам регулирования относятся, в частности:

      пропорционально-интегрально-дифференциальное (ПИД) регулирование;

      компенсация запаздывания;

      каскадное регулирование.

      К более сложным методам регулирования относятся, в частности:

      упреждающее регулирование, основанное на моделях;

      адаптивное регулирование;

      нечеткое регулирование.

      Обработка данных

      Данные о состоянии технологического процесса собираются и обрабатываются интегрированной системой, включающей датчики и контрольно-измерительные приборы, исполнительные устройства, например, клапаны, а также программируемые логические контроллеры, SCADA-системы и распределенные системы управления. Все эти системы в совокупности способны своевременно обеспечивать необходимой информацией другие вычислительные системы, а также операторов и инженеров.

      Системы диспетчерского контроля и сбора данных (SCADA) позволяют инженеру, проектирующему АСУТП, организовать сбор и архивирование данных системы. Кроме того, SCADA-системы позволяют использовать более сложные методы управления, например, статистический контроль.

      SCADA-система является неотъемлемой частью АСУТП, позволяя пользователю наблюдать параметры технологического процесса в реальном времени. Кроме того, SCADA-система может быть спроектирована таким образом, чтобы обеспечить удаленному пользователю тот же уровень доступа к информации о процессе, что и оператору, находящемуся непосредственно в производственных помещениях.

      Техническое обслуживание: очистка датчиков

      Невозможно переоценить важность точности измерений и, как следствие, состояния датчиков, используемых в АСУТП. Существует множество разновидностей контрольно-измерительных приборов и датчиков, включая терморезисторы, кондуктометры, датчики pH или уровня, расходомеры, а также таймеры и устройства аварийной сигнализации. Многие из этих приборов находятся в постоянном контакте с жидкостями или газами. Надежная и точная работа всех этих устройств требует периодической очистки, которая может выполняться вручную, согласно графику техобслуживания, или при помощи автоматизированных систем "очистки на месте" (CIP).

      Полностью автоматизированная система управления должна обеспечивать возможность промывки датчиков с различной периодичностью, а также регенерации используемых чистящих растворов. Система должна также обеспечивать возможность регулировки температуры, расхода, состава и концентрации чистящих растворов.

      Автоматизированная система очистки датчиков, как правило, основана на ПЛК и имеет одну или несколько операторских панелей. Важная роль системы управления очисткой состоит в ограничении гидравлического удара – серьезной проблемы для систем CIP, приводящей к сокращению срока службы оборудования.

      Для очистки клапанов и различных видов уплотнений, используемых в производственном оборудовании, необходима строго определенная последовательность импульсов.

      Достигнутые экологические выгоды

      Снижение энергопотребления, а также воздействия на окружающую среду.

      Экологические показатели и эксплуатационные данные

      Зависят от конкретного объекта.

      Кросс-медиа эффекты

      Использование химических веществ в небольших количествах для очистки датчиков. Возможная потеря давления в трубопроводах, вызванная наличием датчиков.

      Технические соображения, касающиеся применимости

      Системы управления технологическими процессами применимы в контексте любых установок I категории. Они могут варьировать от простых систем, основанных на таймерах, датчиках температуры и системах подачи материалов (например, на небольших предприятиях интенсивного животноводства) до сложных систем, применяемых, например, на предприятиях пищевой, химической, горнодобывающей или целлюлозно-бумажной промышленности.

      Планирование

      В ходе проектирования системы автоматизации производства следует рассмотреть ряд факторов. Так, начальный анализ конкретного процесса может выявить существующие ограничения для эффективности процесса, а также альтернативные подходы, способные обеспечить лучшие результаты.

      Кроме того, необходимо определить требуемые режимы работы системы с точки зрения качества продукции, нормативных требований и производственной безопасности. Система управления должна быть надежной и дружественной к пользователю, т. е., легкой в эксплуатации и обслуживании.

      При проектировании автоматизированной системы управления следует принять во внимание вопросы обработки данных и управления ими. АСУТП должна обеспечивать баланс между точностью, соответствием заданным спецификациям и гибкостью с тем, чтобы достичь максимальной эффективности технологического процесса с учетом требований к производственным затратам.

      Адекватные спецификации технологического процесса, предусмотренные в системе, обеспечивают бесперебойное функционирование производственной линии. Задание неоправданно узкого или широкого диапазона допустимых условий с неизбежностью влечет за собой рост производственных затрат и/или задержки в производственном процессе. Для оптимизации производительности и эффективности процесса:

      задаваемые спецификации каждого этапа технологического процесса должны быть полными и точными, причем особое внимание должно быть уделено определению реалистичного диапазона допустимых условий;

      инженер, ответственный за проектирование системы управления, должен быть хорошо знаком с автоматизируемым процессом и иметь возможность консультироваться с производителем оборудования;

      должно быть найдено оптимальное соотношение между возможностями системы и реальными потребностями в автоматизации, т. е. следует принять решение о том, необходима ли сложная система управления или можно обойтись более простым решением.

      Экономика

      Снижение затрат, связанных с энергопотреблением.

      Автоматизация – интеграция системы управления в технологическую систему – позволяет значительно снизить трудозатраты на эксплуатацию сложного оборудования, обеспечив надежную и стабильную производительность.

      Практика показывает, что внедрение АСУТП может обеспечить значительный экономический эффект. Нередко срок окупаемости инвестиций составляет год или менее в особенности в тех случаях, когда на предприятии уже имеется современная инфраструктура управления и мониторинга, например, распределенная система управления или система диспетчерского контроля и сбора данных (SCADA). В некоторых случаях был продемонстрирован срок окупаемости в несколько месяцев или даже недель.

      Движущая сила внедрения

      Повышение производительности и уровня производственной безопасности, сокращение потребности в техническом обслуживании, увеличение срока службы технологического оборудования, более высокое и стабильное качество продукции, сокращение потребности в рабочей силе.

      Сокращение производственных затрат и быстрая окупаемость инвестиций, продемонстрированные в ряде случаев (как отмечено выше), послужили серьезным стимулом для внедрения подобных систем на других предприятиях.

5.2.4. Техническое обслуживание

      Описание

      Техническое обслуживание (ТО) всех систем и оборудования является критически важным и составляет существенную часть системы энергоменеджмента. Поддержание зданий, процессов, систем и оборудования в рабочем состоянии, что требует четкого формирования процедур и планов ТО, инвентаризации действующих в настоящее время процедур по обслуживанию, технических проверок, соответствующего обучения персонала.

      Необходимо выявление возможных причин снижения энергоэффективности и возможностей для ее повышения на основе результатов планового ТО, а также отказов и случаев нештатного функционирования оборудования, а также четкое распределение ответственности за планирование и осуществление ТО. Важнейшими требованиями являются наличие графика ТО, а также документирование всех инспекций оборудования и деятельности по ТО.

      Технические проверки представляют собой регулярные проверки исправности и эффективности работы оборудования на предмет, не требуется ли вмешательство и соблюдаются ли операционные параметры в заданных границах.

      Персонал, чья деятельность связана с эксплуатацией и обслуживанием сооружений, систем и оборудования, имеющих отношение к значимым энергопотребителям, должен знать о факторах, влияющих на их энергопотребление и влиянии своих действий на энергопотребление.

      Техническое описание

      Современные подходы к профилактическому ТО направлены на обеспечение нормального функционирования технологических процессов и систем на протяжении всего срока их службы. Графики профилактического ТО традиционно составлялись в бумажном виде и доводились до исполнителей при помощи карт или стендов, однако сейчас эти задачи решаются при помощи компьютерных систем. Выдавая список работ по плановому ТО на ежедневной основе, соответствующее программное обеспечение поддерживает полное и своевременное выполнение соответствующих задач.

      Важно обеспечить интеграцию баз данных, содержащих информацию о графике ТО и технических характеристиках оборудования, с другими программными системами, имеющими отношение к ТО и управлению производственным процессом. При классификации работ по ТО и формировании соответствующей отчетности часто используются такие материалы, как отраслевые стандарты ТО. При выборе и настройке необходимого программного обеспечения можно ориентироваться, в частности, на требования стандартов ISO серии 9000 относительно ТО.

      Использование программных инструментов способствует документированию возникающих проблем, а также накоплению статистических данных по отказам и частоте их возникновения. Инструменты моделирования могут быть полезны для прогнозирования отказов, а также при проектировании оборудования.

      Операторы производственных процессов должны принимать плановые и внеплановые меры по поддержанию порядка на производственных участках и надлежащего состояния оборудования, включая:

      очистку загрязненных поверхностей и трубопроводов;

      обеспечение оптимальной настройки регулируемого оборудования (например, печатного);

      отключение неиспользуемого оборудования или оборудования, необходимость функционирования которого в данный момент отсутствует;

      выявление утечек (например, сжатого воздуха или пара), неисправного оборудования, трещин в трубах и т.д., и сообщение об этом;

      своевременную подачу заявок на замену изношенных подшипников.

      Содержание программы ТО зависит от условий конкретной установки. Необходимо выявлять утечки, неисправности оборудования, изношенные подшипники и т.д., в особенности способные повлиять на энергопотребление, и устранять их при первой же возможности.

      Достигнутые экологические выгоды

      Энергосбережение. Снижение уровня шума (например, от изношенных подшипников или утечек пара).

      Экологические показатели и эксплуатационные данные

      Зависят от конкретного объекта.

      Кросс-медиа эффекты

      Увеличение срока службы технологического оборудования, уменьшение затрат на техническое обслуживание и ремонт.

      Технические соображения, касающиеся применимости

      Применимо на любых установках.

      Там, где это применимо, должен быть обеспечен баланс между оперативным устранением неисправностей и необходимостью обеспечения качества продукции, стабильности производственного процесса, а также здоровья и безопасности персонала при выполнении ремонтных работ на действующем предприятии (где может находиться оборудование с движущимися частями, имеющее высокую температуру и т.п.).

      Экономика

      Зависит от конкретной установки.

      Меры по поддержанию порядка на производственных участках представляют собой малозатратные мероприятия; соответствующие затраты, как правило, оплачиваются из ежегодных поступлений, находящихся в распоряжении менеджеров, и не требуют капитальных инвестиций.

      Движущая сила внедрения

      В целом считается, что хорошая организация ТО позволяет повысить надежность производственного оборудования и сократить продолжительность простоев, а также способствует повышению производительности и качества.

5.3. НДТ в области энерго- и ресурсосбережения

5.3.1. Применение частотно-регулируемых приводов для электродвигателей

      Описание

      Оборудование, позволяющие снизить расход электроэнергии на собственные нужды, прямые и косвенные выбросы вредных веществ в атмосферу. В настоящее время применение частотно-регулируемого привода (ЧРП) является оптимальным для целей регулирования производительности конвейерного, вентиляционного и насосного оборудования, при использовании которого обеспечивается наиболее рациональное использование электрической энергии при ведении технологического процесса.

      Техническое описание

      Возможность решения экологических проблем за счет повышения энергоэффективности производства.

      На промышленных предприятиях большую долю потребления электрической энергии приходится на электрические двигатели, как привод различного технологического оборудования (конвейера, вентиляционное и насосное оборудование и т. д.). Достаточно часто такое оборудование требует регулирования, в качестве регулирующих аппаратов применяются шибера, задвижки и т. д. Внедрение частотных регуляторов (ЧРП) для приводов технологических механизмов. При этом требования к диапазону и точности регулирования скорости могут изменяться в широчайших пределах в зависимости от области применения электропривода. Применение регулируемого частотного электропривода позволяет решать поставленные задачи с большей эффективностью потребления электрической энергии, как следствие помогает сберегать электроэнергию устранением неоправданных ее затрат, которые имеют место при альтернативных методах регулирования в технологических процессах.

      Достигнутые экологические выгоды

      Улучшение экологических показателей за счет повышения энергоэффективности технологических процессов и снижения расходов электроэнергии в процессе производства.

      Экологические показатели и эксплуатационные данные

      По экспертным оценкам в зависимости от режимов работы оборудования применение ЧРП позволяет снизить расход электроэнергии на насосных агрегатах, вентиляторах, конвейерах, дробилках от 20 до 40 %, обеспечить плавный пуск (снижение пусковых токов), повысить надежность и срок службы электродвигателей.

      Кросс-медиа эффекты

      Снижение энергоемкости производства. Повышение уровня автоматизации и культуры производства.

      Технические соображения, касающиеся применимости

      Общеприменимо. Объем (например, уровень детализации) и характер внедрения будут связаны с характером, масштабом и сложностью установки, а также с ее эффективностью и диапазоном воздействия на окружающую среду, которое она может оказывать.

      Фактические данные позволяют говорить об экономии электроэнергии в зависимости от режима работы двигателя в пределах 15–40 %. Дополнительно вопрос установки ЧРП должен индивидуально рассматриваться в каждом отдельном случае исходя из глубины регулирования технологического процесса, требований промышленной санитарии на рабочих местах (для вентиляторов приточно-вытяжной вентиляции).

      Применение частотно-регулируемых приводов (далее ЧРП) представляет собой одну из очевидных мер повышения энергоэффективности. Однако целесообразность таких мер должна рассматриваться в контексте всей системы, в которой используются двигатели; в противном случае существуют риски потери потенциальных выгод от оптимизации способа эксплуатации и размера систем и, как следствие, от оптимизации потребностей в электроприводах; потерь энергии в результате применения приводов переменной скорости в неподходящем контексте.

      Наиболее эффективно использовать электродвигатели, оборудованные частотными преобразователями, интегрированные в системы АСУТП. Это, например, позволит обеспечивать включение и регулировку скорости вытяжки в зависимости от фактических выбросов. Так же это касается и регулирования производительности воздуходувок и насосных агрегатов. В среднем, применение таких способов регулирования может снижать потребление электроэнергии от 20 до 40 %. Отмечается применение частотно-регулируемых приводов для электродвигателей на производственных площадках АО "Алюминий Казахстана" и АО "КЭЗ".

      Экономика

      В зависимости от применяемого метода в каждом конкретном случае. Так например, применение двигателей с частотно-регулируемым приводом (ЧРП) целесообразно при резко переменной нагрузке в зависимости, например, от технологии, времени суток, количества людей в здании и др. Применение частотно-регулируемого электропривода вентиляторов позволяет снизить расход электроэнергии на перемещение воздуха вытяжными системами на 6- 26 %, приточными системами – 3-12 %, воздуходувками – 30-40 %, при этом срок окупаемости двигателей с ЧРП может составлять от 1 года до 5-7 лет.

      Движущая сила внедрения

      Движущими силами для внедрения мероприятий по энергоэффективности являются:

      улучшение экологических показателей;

      повышение энергоэффективности;

      дополнительные возможности для снижения эксплуатационных затрат и улучшения качества продукции.

5.3.2. Применение электродвигателей с высоким классом энергоэффективности

      Описание

      Оборудование, позволяющее снизить расход электроэнергии на собственные и производственные нужды, косвенные выбросы парниковых газов. В настоящее время применение современных электродвигателей с высоким классом энергоэффективности является оптимальным при модернизации существующего технологического и вспомогательного оборудования, при использовании которого обеспечивается наиболее эффективное использование электрической энергии.

      Техническое описание

      Возможность решения экологических проблем за счет повышения энергоэффективности производства.

      Основным потребителем большинства промышленных предприятий являются различные электродвигатели. Электродвигатели преобразуют электрическую энергию в механическую. В процессе преобразования энергии часть ее теряется в виде тепла. Величина такой потери определяется энергетическими показателями двигателя. Применение электродвигателей с высоким классом эффективности позволяет существенно снизить потребление электрической энергии.

      Основным показателем энергоэффективности электродвигателя является коэффициент полезного действия (КПД).

      h=Р2/Р1=1 – DР/Р1,

      где Р2 – полезная мощность на валу электродвигателя;

      Р1 – активная мощность, потребляемая электродвигателем из сети;

      DР – суммарные потери в электродвигателе.

      Соответственно, чем выше КПД, тем меньше потери и меньше энергии потребляет электродвигатель для выполнение той же работы.

     


      Рисунок 5.1. Сравнение обычного электродвигателя с энергоэффективным

      Достигнутые экологические выгоды

      Улучшение экологических показателей за счет повышения энергоэффективности технологических процессов и снижения расходов электроэнергии в процессе производства.

      Экологические показатели и эксплуатационные данные

      По экспертным оценкам в зависимости от режимов работы оборудования применение электродвигателей с высоким классом эффективности позволяет снизить потребление электроэнергии электродвигателями от 1,5 до 5,0 %, повысить срок службы электродвигателей.

      Кросс-медиа эффекты

      Снижение энергоемкости производства.

      Повышение срока службы электродвигателя.

      Технические соображения, касающиеся применимости

      Общеприменимо. Объем и характер внедрения будет связан с программой модернизации предприятия и заменой выходящих из строя установленных на предприятии электродвигателей.

      Фактические данные позволяют говорить об экономии электроэнергии в зависимости от режима работы двигателя в пределах 1,5–5,0 %.

      Замена существующих электродвигателей энергоэффективными представляет собой одну из очевидных мер повышения энергоэффективности.

      Отмечается применение электродвигателей с высоким классом энергоэффективности производственных площадках АО "Алюминий Казахстана" и АО "КЭЗ".

      Экономика

      Применение электродвигателей с высоким классом эффективности позволяет снизить расход электроэнергии на преобразование электрической энергии в механическую 1,5-5,0 %, при этом срок окупаемости таких электродвигателей может составлять от 1 года до 7 лет.

      Движущая сила внедрения

      Движущими силами для внедрения мероприятий по энергоэффективности являются:

      повышение энергоэффективности;

      дополнительные возможности для снижения эксплуатационных затрат и улучшения качества продукции.

5.3.3. Применение энергосберегающих осветительных приборов

      Описание

      Оборудование, позволяющее снизить расход электроэнергии на хозяйственные нужды, прямые и косвенные выбросы загрязняющих веществ в атмосферу. В настоящее время применение энергосберегающих осветительных приборов (светодиодных источников света) является оптимальным для целей наружного и внутреннего освещения.

      Техническое описание

      На промышленных предприятиях в хозяйственном потреблении электрической энергии значительную часть потребления составляют системы наружного и внутреннего освещения. При этом данное потребление электрической энергии напрямую не влияет на энергетическую эффективности производственного цикла. Однако, данное потребление учитывается при определении удельного потребления на единицу продукции.

      Применение энергосберегающих осветительных приборов (светодиодные) позволяет эффективно потреблять электрическую энергию в системах освещения, как следствие помогает сберегать электроэнергию устранением неоправданных ее затрат, которые имеют место при альтернативных источниках света.

      Достигнутые экологические выгоды

      Улучшение экологических показателей за счет снижения расходов электроэнергии на нужды освещения.

      Экологические показатели и эксплуатационные данные

      По экспертным оценкам и с учетом имеющегося опыта применения энергоэффективных осветительных приборов (светодиодных) снижение потребления электрической энергии составляет 50–90 %, обеспечивается лучшая освещенность, увеличивается срок службы таких осветительных приборов, не оказывает негативного влияния на экологию по сравнению с ранее применяемыми дуговыми ртутными лампами.

      Кросс-медиа эффекты

      Снижение энергопотребления. Первоначально замена существующих осветительных приборов на энергоэффективные может способствовать образованию большого количества отходов, требующих специальной утилизации (замена ртутных ламп на светодиодные).

      Технические соображения, касающиеся применимости

      Общеприменимо. Объем (например, уровень детализации) и характер внедрения будут связаны с особенностями предприятия, особых сложностей по внедрению данной техники не выявлено. Внедрение энергосберегающих осветительных приборов стоит рассматривать с учетом модернизации системы освещения в целом (зональность, автоматическое управление и т. д.).

      Фактические данные позволяют говорить об экономии электроэнергии в пределах 50–90 %.

      Данная техника применяется повсеместно, так была произведена замена систем освещения промышленных цехов на эффективное светодиодное на АО "КЭЗ" и АО "Алюминий Казахстана".

      Экономика

      Применение эффективных осветительных приборов позволяет снизить расход электроэнергии на освещение на 50–90 %, при этом срок окупаемости данной техники может составлять от 0,5 года до 5–7 лет.

      Движущая сила внедрения

      Движущими силами для внедрения мероприятий по энергоэффективности являются:

      улучшение экологических показателей (не требуется утилизация);

      повышение энергоэффективности;

      дополнительные возможности для снижения эксплуатационных затрат.

5.3.4. Замена устаревших силовых трансформаторов на современные трансформаторы

      Описание

      Замена трансформаторов позволит избежать выхода из строя имеющихся трансформаторов, создания аварийных ситуаций, снизить нерациональный расход электроэнергии. Снижение потерь электроэнергии в трансформаторе, обусловленной потерями активной мощности (холостого хода и нагрузочными потерями) в зависимости от реактивной мощности.

      Техническое описание

      Целью данного мероприятия является снижение потерь электроэнергии при ее транспортировке, повышение надежности работы оборудования, снижение рисков возникновения аварийной ситуации.

      Старое оборудование повышает вероятность возникновения пожаров и взрывов этих трансформаторов, так как плохая герметизация, механические повреждения, наличие посторонних примесей в изоляционной среде и т. д. независимо от типа трансформатора могут привести к короткому замыканию внутри него и, как следствие, к взрыву.

      Кроме того, согласно результатам теоретических и экспериментальных исследований в области электроэнергетики, выполненных сотрудниками Ивановского энергетического института, МЭС Центра ОАО "ФСК ЕЭС", а также других вузов, научно-исследовательских, проектных и эксплуатационных организаций, сотрудничающих с ИГЭУ и МЭС Центра, при превышении нормативного срока службы трансформатора существенно снижаются его технические характеристики. Анализ значений потерь холостого хода показал, что для трансформаторов со сроком службы до 20 лет в качестве обобщенных характеристик допустимо принимать значения потерь холостого хода равным паспортным значениям. Для трансформаторов со сроком службы более 20 лет потери холостого хода возрастают в среднем с интенсивностью 1,75 % (от паспортного значения) в год [34].

      Достигнутые экологические выгоды

      Улучшение экологических показателей за счет снижения расходов электроэнергии, в результате снижения потерь холостого хода.

      Экологические показатели и эксплуатационные данные

      По экспертным оценкам для трансформаторов со сроком службы более 20 лет потери холостого хода возрастают в среднем с интенсивностью 1,75 % (от паспортного значения) в год.

      Кросс-медиа эффекты

      Снижение энергопотребления, повышение надежности работы оборудования, снижение рисков возникновения аварийной ситуации.

      Технические соображения, касающиеся применимости

      Общеприменимо.

      Экономика

      Снижение затрат на собственные нужды. Экономически не целесообразно проводить реконструкцию подстанций младше 10 лет эксплуатации.

      Движущая сила внедрения

      Движущими силами для внедрения мероприятий по энергоэффективности являются:

      повышение надежности энергоснабжения;

      повышение энергоэффективности;

      дополнительные возможности для снижения эксплуатационных затрат.

5.3.5. Применение современных теплоизоляционных материалов на высокотемпературном оборудовании

      Описание

      В производстве алюминия часто используется тепловая энергия в виде пара, который транспортируется по паропроводам. Использование соответствующей изоляции для высокотемпературного оборудования (трубы для пара и горячей воды) позволяет существенно снизить тепловые потери.

      Техническое описание

      Теплоизоляция теплопроводов и паропроводов – актуальная задача для любого промышленного предприятия. Теплоизоляция трубопроводов с перегретым паром (паропроводов) относится к числу достаточно сложных операций, особенно при необходимости обеспечить необходимые эксплуатационные характеристики для поверхностей с высокими температурами – 200-250 °С. Монтаж изоляции нередко приходится вести без остановки действующего оборудования. Традиционные теплоизоляционные материалы, используемые для этой цели, имеют ряд существенных недостатков, которые значительно снижают эффективность их применения.

      Минеральная вата и шамотный кирпич "боятся" влаги и пара, при попадании которых ухудшают свои теплоизоляционные показатели в несколько раз. Под воздействием высоких температур в минеральной вате происходит процесс разрушения связующих (смолы на основе фенола и формальдегида). Это отражается на эксплуатационных характеристиках покрытия, не говоря уже об экологической составляющей. Традиционные утеплители нуждаются в защитном покрытии, при монтаже которого неизбежно возникает проблема качественной изоляции сложных поверхностей: стыков, запорной арматуры, что не только увеличивает стоимость производства работ, но и отражается на их качестве. Как правило, паропроводы, изолированные минеральной ватой, служат недолго и часто приходится частично или полностью заменять теплоизоляционное покрытие.

      Шамотный кирпич является не эффективным теплоизоляционным материалом. Коэффициент теплопроводности шамотного кирпича ((=0,84+0,0006×t Вт/(м°С), (= 0,99 Вт/(м°С) при температуре 250 °С) в 10 раз выше, чем у минеральной ваты ((=0,05 + 0,0002×t Вт/(м°С), (= 0,1 Вт/(м°С) при температуре 250 °С). При этом необходимо отметить, что для паропроводов следует применять минераловатные маты, полуцилиндры с плотностью не менее 150 кг/м3, так как они имеют более высокий межремонтный период. Нарушение изоляционного слоя паровых сетей, а также и покровного слоя изоляции приводит к увеличению тепловых потерь.

      Достигнутые экологические выгоды

      Улучшение экологических показателей за счет повышения энергоэффективности технологических процессов и снижения потерь тепла в процессе производства.

      Экологические показатели и эксплуатационные данные

      Замена неэффективной теплоизоляции, например, шамотного кирпича на минеральную вату или более энергоэффективную изоляцию позволит снизить тепловые потери паропроводов на 35 % и довести их до нормативных значений. Продукция зарубежных производителей для изоляции трубопроводов и оборудования представлена широкой номенклатурой волокнистых теплоизоляционных материалов фирм: "Rockwool" (Дания), "Сан-Гобэн Изовер" (Финляндия), "Partek", "Paroc" (Финляндия), "Izomat" (Словакия) (цилиндры, маты и плиты без покрытия или покрытые с одной стороны металлической сеткой, стеклорогожей, алюминиевой фольгой и т. д.). Применение современных изоляционных материалов позволит снизить потери в паропроводах минимум на 30–50 %, эксплуатационные расходы за счет увеличения межремонтного периода.

      Кросс-медиа эффекты

      Снижение энергоемкости производства. Повышение уровня автоматизации и культуры производства.

      Технические соображения, касающиеся применимости

      Описанные выше компоненты, как правило, могут быть применены ко многим объектам, входящим в область действия настоящего документа. Объем (например, уровень детализации) и характер внедрения будут связаны с характером, масштабом и сложностью установки, а также с ее эффективностью и диапазоном воздействия на окружающую среду, которое она может оказывать.

      Отмечается применение современных теплоизоляционных материалов на высокотемпературном оборудовании и трубопроводах в АО "КЭЗ" и АО "Алюминий Казахстана".

      Экономика

      Снижение тепловых потерь позволит производить дополнительное тепло без сжигания топлива, поэтому процесс является экономически и экологически целесообразным. Мероприятия по замене изоляции из шамотного кирпича на современную окупаются за 3–4 года, ремонт изоляции для участков трубопроводов без изоляции или с нарушенной изоляцией окупаются за 1–2 года.

      Движущая сила внедрения

      Движущими силами для внедрения мероприятий по энергоэффективности являются:

      улучшение экологических показателей;

      повышение энергоэффективности;

      дополнительные возможности для снижения эксплуатационных затрат и улучшения качества продукции.

5.3.6. Рекуперация тепла из теплоты отходящего процесса

      Описание

      Повышение энергоэффективности и сокращение внешнего потребления топлива достигается за счет применения методов рекуперации тепла отходящих газов.

      Техническое описание

      Горячий отходящий газ технологического процесса может также направляться в котел-утилизатор или установку испарительного охлаждения, где газ охлаждается с выработкой пара. Генерируемый пар может использоваться в технологическом процессе или при производстве тепловой или электрической энергии.

      Достигнутые экологические выгоды

      Переработка теплоты, выделяющейся при обогащении бокситов, и превращение ее в электричество, пар низкого давления для технологического и производственного отопления.

      Экологические показатели и эксплуатационные данные

      Снижение потребление топлива, для производства тепловой энергии.

      Применение котлов-утилизаторов находит свое применение на различных промышленных предприятиях, так с целью увеличения КПД газотурбинной установки подобная технология установлена на АО "НК "Казхром" (Актюбинский завод ферросплавов).

      Кросс-медиа эффекты

      Не ожидается.

      Технические соображения, касающиеся применимости

      Применяется на предприятиях с топливосжигающими установками (печи, котлы, обжиговые машины).

      Экономика

      Taк кaк тpeбyeтcя oxлaждeниe гaзa, дoпoлнитeльныe зaтpaты нa вoccтaнoвлeниe энepгии в ocнoвнoм cвязaны c инвecтициями в котел-утилизатор и турбину для выpaбoтки элeктpoэнepгии.

      Экономически выгодно, но требует индивидуального подхода. Апробировано, нашло применение в странах ОЭСР.

      Движущая сила внедрения

      Повышение производительности, сокращение производственных затрат.

5.3.7. Полезное использование тепла отходящих газов после печей спекания

      Описание

      Повышение энергоэффективности и сокращение внешнего потребления топлива достигается за счет использования теплоты отходящих газов.

      Техническое описание

      При работе печи образуются дымовые газы с температурой 240-280 0С, которые поступают в систему газоочистки, где происходит улавливание пыли, а очищенные дымовые газы через дымовую трубу выбрасываются в атмосферу. Основным топливом для печи спекания является Шубаркольский уголь.

      В качестве вспомогательного топлива для печей спекания (режимы розжига, пуска, горячего резерва) используется мазут марок 100 или 40 в соответствии с действующим законодательством, сернистый и малосернистый.

      В соответствии с методическими указаниями по предупреждению низкотемпературной коррозии поверхностей нагрева и газоходов котлов температуру отходящих газов при номинальной нагрузке необходимо принимать в зависимости от содержания серы в мазуте, при содержании серы 2,1–3,0 % температура отходящих газов должна быть не ниже 160 0С. Для уменьшения низкотемпературной коррозии необходимо обеспечить температуру воды на входе в экономайзер, равную 105–110 0С.

      В качестве нагреваемой среды, полезно использующей тепло отходящих дымовых газов, предлагается использовать водный раствор участка переработки спека, подаваемый на автоклавы с температурой 100-105 0С, также в первый автоклав подается свежий пар 12 атмосфер с ТЭЦ с температурой 240-280 0С, где за счет выдержки при температуре 125-145 0С происходит обескремнивание.

      При нагреве алюминатного раствора в дополнительном экономайзере до входа в автоклав его температура будет выше и для его нагрева до необходимой температуры необходимо будет затратить меньшее количество пара с ТЭЦ.

      Для реализации данной схемы предлагается на напоре насоса подачи алюминатного раствора на автоклавы установить запорную арматуру, для перенаправления раствора на дополнительный экономайзер, установленный в сборном газоходе после дымососов печи спекания, где будет происходить нагрев раствора, и далее уже нагретый раствор подается на вход в первый автоклав с температурой большей, чем до подачи на экономайзер.

      Полезное использование температуры отходящих газов после печей спекания с утилизацией тепла в технологическом процессе завода посредством установки в поток отходящих дымовых газов дополнительного экономайзера, который будет передавать тепло от горячих газов жидкости, протекающей по трубопроводам экономайзера.

      Нагретый в дополнительно установленном экономайзере водный раствор потребует меньшего расхода пара с ТЭЦ на свой нагрев, таким образом будет обеспечиваться экономия ТЭР.

      Достигнутые экологические выгоды

      Использование температуры отходящих газов после печей спекания в целях снижения потребления пара с энергоисточника.

      Экологические показатели и эксплуатационные данные

      Снижение потребления топлива на энергоисточнике, для производства тепловой энергии.

      Кросс-медиа эффекты

      Не ожидается.

      Технические соображения, касающиеся применимости

      Применяется на предприятиях с топливосжигающими установками (печи, котлы, обжиговые машины).

      Экономика

      Необходимы дополнительные затраты на трубопроводы и запорную арматуру, которые будут перенаправлять раствор на дополнительный экономайзер, установленный в сборном газоходе после дымососов печи спекания и далее на вход в первый автоклав.

      Экономически выгодно, но требует индивидуального подхода.

      Экономия достигается за счет снижения потребления тепловой энергии. Оценочный срок окупаемости составляет до 4 лет.

      Движущая сила внедрения

      Повышение производительности, сокращение производственных затрат.

5.4. НДТ, направленные на обеспечение стабильности производственного процесса

5.4.1. Обеспечение стабильности процесса добычи руд

      Описание

      В современном горно-металлургическом комплексе все чаще возникает потребность в применении новых технологий и материалов, которые позволяют развивать добычу и переработку продукции с учетом требований экологичности и экономичности производства.

      Современные технологии открытых и подземных горных работ должны основываться на принципах ресурсосбережения, природосбережения и малоотходности. Эти принципы взаимосвязаны, тесно переплетены и должны определять направленность технологии. Проблемы создания современных технологий на этих принципах носят комплексный характер и должны решаться совокупно как на уровне ведения горных работ, так и переработки полезных ископаемых.

      В данном разделе описаны общие методы, техники или их совокупность для обеспечения стабильности производственного процесса на горнодобывающих предприятиях..

      Техническое описание

      Современное состояние горнодобывающей отрасли характеризуется тенденцией к быстрому увеличению глубины горных работ, что приводит к увеличению себестоимости добычи полезных ископаемых и отрицательно влияет на окружающую среду и безопасность горных работ.

      К техникам, обеспечивающим стабильность производственного процесса на горнодобывающих предприятиях, относятся:производственный процесс добычи руд открытым и подземным способом относятся:

      применение большегрузной высокопроизводительной горной техники;

      проведение горных выработок и применение систем отработки с использованием современного высокопроизводительного самоходного оборудования;

      применение современных, экологичных и износостойких материалов;

      применение различных видов и типов конвейерного и пневматического транспорта для перевозки горной массы (также указано в разделе 5.5.1.3).

      Достигнутые экологические выгоды

      Переход на высокопроизводительное оборудование большой единичной мощности положительно сказывается на экологической обстановке: снижается количество выбросов загрязняющих веществ и парниковых газов в атмосферный воздух, уменьшается образование отходов от использования крупногабаритных шин.

      Экологические показатели и эксплуатационные данные

      Техника производственного процесса добычи руд открытым и подземным способом, в том числе при работе на глубоких горизонтах, состоит в эффективном технологическом процессе добычи путем снятия ПСП, выбора способа и схемы вскрытия рудных тел, определения и применения оптимальной системы разработки и технологии вскрышных и добычных работ, транспортного обеспечения карьеров и шахт для эффективного направления потоков на обогатительные переделы.

      Для современной техники, используемой на подземных и открытых горных работах, характерно применение высоких скоростей, наличие больших нагрузок, давлений и др. Постоянное изменение горно-геологических и горно-технических условий разработки полезных ископаемых, усложнение технических средств из-за многообразия и ответственности, возлагаемых на них функций, высокие нагрузки на забои, многозвенность и последовательность цепи работающего оборудования, когда выход из строя любого из элементов приводит к остановке всего комплекса, необходимость обеспечения для горнорабочих благоприятных эргономических условий труда предъявляют серьезные требования к качеству горной техники и оборудования.

      Однако в настоящее время по оценкам специалистов оборудование и технологии, применяемые горнодобывающими компаниями СНГ, по своему технологическому уровню и производительности на 15–20 лет отстают от аналогов, используемых компаниями Канады, Великобритании, ЮАР и США. Такое отставание обусловлено как малоэффективными технологиями отработки и инженерной подготовки массива к отработке, так и техническими характеристиками применяемого оборудования [35].

      Представленная техника состоит в применении большегрузной карьерной техники для добычи и транспортировки горной массы в рудных карьерах. Происходит увеличение размеров ковшей экскаваторов, погрузчиков, пропорциональное увеличение грузоподъемности большегрузных автосамосвалов с сохранением оптимального соотношения количества ковшей для погрузки одного самосвала. Переход на большегрузную технику позволит уменьшить на 10 % удельные эксплуатационные затраты на экскавацию и транспортировку горной массы в карьерах, а также добиться уменьшения количества единиц технологического оборудования в карьере, снижения эмиссий в окружающую среду, энергопотребления и потребления топлива в процессах экскавации и транспортировки горной массы в карьерах.

      Мировой рынок большегрузной техники представлен крупными производителями, к примеру: Komatsu, Caterpillar, Hitachi, Terex, Liebherr и БелАЗ.

      В целях снижения себестоимости транспортировки горной массы и транспортно-добывающего цикла в целом в условиях ТОО "Богатырь Комир" проводилось технико-экономическое сравнение применения карьерного самосвала БелАЗ 75600 грузоподъемностью 320 тонн с эксплуатируемым БелАЗом грузоподъемностью 220 тонн. Результаты испытаний показали следующее: производительность повысилась в 1,5 раза; себестоимость транспортировки снизилась на 20 %; удельный расход топлива уменьшился на 22 %. Погрузку карьерного самосвала осуществлял экскаватор Р&Н2800 с емкостью ковша 33 м3. Количество ковшей для полной загрузки – 6, плечо транспортирования – 0,5 км, объем выработки горной массы – до 10 тыс. м3 в сутки [36].

      Проведение горных выработок и применение систем отработки с использованием современного высокопроизводительного самоходного оборудования состоит в переходе на современную высокопроизводительную горную технику для бурения, крепления, добычных операций и транспортировки горной массы в подземных условиях отработки рудных месторождений. Обеспечивает значительное снижение доли постоянных затрат, безопасность, эргономику, комфортные условия работы для операторов и обслуживающего персонала, экономию энергоресурсов и материалов.

      Основные преимущества современного самоходного оборудования – улучшение безопасности и производительности, минимизация потерь и разубоживания руды, эргономика и комфортные условия. Эксплуатация установок очистного бурения с высоким уровнем автоматизации технологического процесса и позиционированием позволяет достичь беспрецедентно высокой производительности, точности и прямолинейности скважин. Передовые механизированные комплексы для установки анкеров, нанесения бетонных смесей обеспечивают оперативное крепление значительных площадей обнажений горных выработок, в большинстве случаев позволяют вытеснить тяжелые виды крепей и использование крепежного леса, деревянных затяжек и забутовок [37]. Машины для бурения восстающих вертикальных и наклонных скважин круглого сечения диаметром до 3000 мм длиной до 100 м в длину и под углом до 70 ° способны бурить по очень крепким породам и идеально подходят для сооружения рудоспусков, вентиляционных скважин, ходков и т. п. (без применения взрывных работ). Погрузочно-доставочные машины способны преодолевать большие уклоны и быстро перемещаться на существенные расстояния, обеспечивать высокую производительность с низкой удельной себестоимостью погрузки и транспортировки. ПДМ и буровые установки с электрическим приводом используют экологически чистую электрическую энергию и обеспечивают лучшие условия труда за счет отсутствия выхлопных газов, меньшего уровня вибраций и шума. Кроме того, снижаются требования к вентиляции выработок, происходит сокращение расходных материалов, таких как моторное масло и фильтры, увеличиваются интервалы между техническим обслуживанием [38].

      Одним их первых пользователей электрических погрузочно-доставочных машин Sandvik стал рудник Кируна фирмы LKAB в северной Швеции, где добывают железную руду. Рудник решил перейти на электроприводные машины в конце 80-х в связи с высокой производительностью, низкими общими издержками и минимальным воздействием на окружающую среду по сравнению с традиционными дизельными машинами. В 1985 году фирма LKAB впервые испытала на руднике Кируна электрическую ПДМ – опытный образец Sandvik для модели Toro 500. С момента принятия решения о переходе на электрические машины LKAB Кируна последовательно заменяет парк своих дизельных погрузчиков. Сегодня на руднике работает 17 электрических и 3 дизельных ПДМ. Электрические ПДМ используются для погрузки добытой руды, перемещая в ковше в среднем 25 тонн.

      На медном руднике Нортпаркес в Новом Южном Уэльсе было закончено 2000-часовое испытание новой модели погрузчика LH514E. Золотой рудник Риджуэй также в Новом Южном Уэльсе ввел в эксплуатацию парк из пяти новых автоматизированных ПДМ LH514E. В планах новые проекты и на других рудниках.

      Использование износостойких, коррозионностойких, жаростойких, теплоизоляционных и других видов покрытий позволяет резко сократить потери металлов, расход ресурсов на их возмещение и даст возможность повысить качество, надежность и долговечность машин, оборудования и сооружений. Техника состоит в применении износостойких элементов и накладок на рабочие органы горного оборудования и обеспечивает дополнительную конструкционную прочность и износостойкость, а также повышает коэффициент технической готовности машин и оборудования. Применение буровых коронок и штанг из современных высокопрочных сплавов позволяет достичь высокой производительности и точности бурения, снижения себестоимости на 3–10 %.

      Кросс–медиа эффекты

      Экономия материалов. Потребность в дополнительных объемах энергоресурсов.

      Технические соображения, касающиеся применимости

      Применимость определяется конкретными горно-геологическими, горнотехническими и эксплуатационными условиями разрабатываемого месторождения и экономической целесообразностью. Представленные методы могут использоваться как по отдельности, так и в совокупности.

      Экономика

      Использование большегрузной техники повышает эффективность ведения горных работ и оптимизирует затраты (за счет экономии топлива и затрат на техобслуживание), позволяет снизить себестоимость продукции и стать более конкурентоспособными на рынке, повышает безопасность на технологических дорогах. Для примера эксперты компании ООО "Комек Машинери" сравнивали, сколько экономит машина, грузоподъемностью 40 тонн по сравнению с 20- тонником – 15 центов на тонне груза за счет экономии топлива, амортизации, человеко-часов и других факторов.

      Движущая сила внедрения

      Требования экологического законодательства. Снижение нагрузки на экосистемы (воздух, вода, почвенный покров). Экономическая эффективность открытых и подземных горных работ. Увеличение производительности.

5.4.2. Обеспечение стабильности процесса обогащения руд цветных металлов

5.4.2.1. Переработка богатой руды дроблением с последующим разделением, сортировкой по классам крупности товарной продукции

      Описание

      Переработка руды дроблением с последующим разделением, сортировкой по классам крупности.

      Техническое описание

      Подача материала из бункера производится двумя пластинчатыми питателями, имеющими по четыре скорости вращения полотна, что позволяет дозировать загрузку дробилок и конвейерных трактов. Во избежание забивок пересыпных устройств не дробленными и смерзшимися кусками на перегрузке материала с питателей на ленточный конвейер установлены камнеотделители с решетками. Конвейеры оборудованы металлоотделителями.

      Материал из бункера по системе конвейеров одной из ниток поступает на грохот, а после грохота верхний отсев на дробилку. Продукты грохочения и дробления объединяются на проходящем под ними конвейере. В зависимости от установленных параметров по правым ниткам 1-й и 2-й очереди производится дробление бокситов с крупностью до 110 мм, по левым ниткам – угля и известняка с крупностью до 40 мм, по схеме вагоноопрокидывателя № 3 обе нитки дробления с крупностью до 40 мм. Для более качественного просеивания и отделения фракций разного размера кусков сырья в полые колосники грохотов подается пар. При подаче которого происходит прогрев и самоочищение от налипающего сырья. В зимнее время предусмотрена подача пара в корпус ротора дробилки во избежание напрессовки сырья между наковальней и внутренней частью пластинчатой ленты дробящего транспортера, а также между корпусом дробилки и маховиками ротора – это способствует самоочищению от налипшего сырья.

      Достигнутые экологические выгоды

      Снижение выбросов пыли.

      Сокращение образования твердых отходов.

      Экологические показатели и эксплуатационные данные

      Снижение запыленности производственных помещений для улучшения общей экологической обстановки. Сортировка производительна, экономически выгодна в эксплуатации и экологически безопасна.

      Кросс-медиа эффекты

      Потребность в дополнительных объемах энергоресурсов.

      Технические соображения, касающиеся применимости

      Общеприменимо. Отсутствие разделения руд по сортам и типам при добыче и отгрузке ведет к нарушению технологического процесса и сверхнормативным потерям металлов с хвостами обогащения.

      Выбор методов предварительной обработки сырья зависит от типа оборудования, технологического процесса производства, а также от типа и размера частиц исходного сырья.

      Централизованная система аспирации воздуха может быть применима для новых установок, работающих с порошкообразными или пылевидными материалами, для ее реализации на существующих предприятиях потребуется серьезная модернизация.

      Экономика

      Дополнительные затраты на инвестиции и техническое обслуживание. Данная техника не является новой. Схема дробления и сортировки рассчитывается на этапах проектирования.

      Движущая сила внедрения

      Требования экологического законодательства.

5.4.2.2. Использование мельниц самоизмельчения и полусамоизмельчения для руд с высокой крепостью

      Описание

      Сущность процесса рудного самоизмельчения заключается в том, что куски руды крупнее 75 мм (дробящие тела) измельчаются путем соударения друг о друга в более мелкие зерна руды. На рудных мельницах самоизмельчения отношение диаметра барабана к длине – D/L ≥ 3, т. е. имеют большой диаметр (до 12,8 м) и сравнительно малую длину.

      Техническое описание

      Мельницы типа самоизмельчения применяют для мокрого рудного самоизмельчения руд вместо конусных дробилок для среднего и мелкого дробления, стержневых и шаровых мельниц, т. е. после крупного дробления руда измельчается до крупности флотационного обогащения.

      Самоизмельчение применяется для измельчения материалов крупностью от 250–500 мм до 0,3 мм и мельче. При этом в мельницу загружается вся исходная неклассифицированная руда после крупного дробления. В некоторых случаях в мельницу загружают небольшое число шаров диаметром 100–150 мм.

      Мельницы рудногалечные. Размеры рудногалечных мельниц выбираются на основе предварительных испытаний и определяются производственной мощностью предприятия, крупностью питания и измельченного продукта, а также физико-механическими свойствами измельчаемого материала.

      Рудногалечные мельницы применяются на обогатительных фабриках, перерабатывающих золотосодержащие и полиметаллические руды. Для рудногалечного измельчения применяют мельницы с отношением длины барабана к его диаметру L:D = 1,5: 1.

      Галю необходимой крупности получают путем грохочения руды в процессе ее дробления или из рудных мельниц.

      Рудногалечное измельчение осуществляется как в открытом, так и замкнутом циклах. Рудногалечные мельницы при тонком измельчении, как правило, работают в замкнутом цикле с гидроциклонами или спиральными классификаторами.

      Поскольку плотность гали ниже, чем стальных шаров, размеры рудногалечной мельницы должны быть больше, чем шаровой, при одинаковой потребляемой мощности.

      Основными преимуществами рудногалечного измельчения являются хорошая избирательность, что повышает качественно-количественные показатели обогащения; полное или значительное сокращение расхода стальных шаров; простота и надежность эксплуатации мельниц; снижение себестоимости измельчения.

      В процессе самоизмельчения МСИ в качестве мелющего тела используется сама руда. В процессе полусамоизмельчения (МПСИ) дополнительно задействуются вспомогательные мелющие тела (обычно – стальные шары). Мельницы МСИ/МПСИ широко используются для измельчения руд цветных металлов. Линейка этих мельниц включает в себя модели различных размеров и мощностей:

      диаметром от 1,8 м до 12,8 м;

      мощностью до 28 МВт;

      с синхронным, асинхронным, кольцевым двигателем;

      с подшипниками качения или скольжения (гидродинамические или гидростатические).

      Преимущества мельниц самоизмельчения:

      1. Универсальность применения. Оптимально подходят как для сухого, так и для мокрого измельчения. МСИ являются оптимальным решением для мокрого измельчения, поскольку дробление и грохочение в некоторых случаях могут быть затруднены или вовсе невозможны. Доступен широкий выбор размеров мельниц. Благодаря широкому выбору размеров МСИ могут применяться для различных типов руд.

      2. Мельницы самоизмельчения (МСИ) могут выполнять процесс измельчения, равный по эффективности двум или трем стадиям дробления и грохочения, стержневой мельницы, а также полностью или частично заменяют шаровую мельницу, т.е. заменяют две стадии дробления и одну-две стадии измельчения, обеспечивая получение готового продукта для флотации (от 50 до 75 % класса -0,074 мм), при этом значительно упрощается технологическая схема фабрики.

      3. Низкая стоимость капитальных и эксплуатационных затрат. Упрощение технологического процесса ведет к снижению капитальных и эксплуатационных затрат. Широкий выбор размеров мельниц и универсальность применения позволяют организовать процесс измельчения с МСИ при меньшем количестве линий, чем в традиционных системах. Это, в свою очередь, способствует снижению капитальных затрат и затрат на техническое обслуживание участка МСИ.

      4. Резко снижается расход стали (шаров и стержней), а в большинстве случаев металлические дробящие тела полностью исключаются.

      5. Для многих руд наблюдается снижение переизмельчения рудных и нерудных минералов.

      6. Вследствие исключения металлических дробящих тел продукт самоизмельчения имеет меньшее содержание тонкодисперсного железа, что весьма важно при последующем обогащении.

      7. Обеспечиваются более высокая степень раскрытия рудных минералов по сравнению с шаровым измельчением и повышение качества концентрата.

      8. Эффективность благодаря автоматической работе. Автоматическая работа позволяет экономить электроэнергию, мелющую среду и снижает износ футеровки, одновременно увеличивая пропускную способность оборудования. Эффективный технологический процесс на базе программного обеспечения на всех этапах: от проектирования участка до ввода в эксплуатацию и оптимизации работы оборудования, чтобы обеспечить достижение ожидаемых результатов измельчения.

      9. Инновационный привод мельницы для увеличения мощности в два раза. Привод мельницы Qd x 4TM является следующим шагом в развитии конструкции приводов мельниц, в которой для создания системы используются компоненты, соответствующие текущим производственным возможностям. Данное решение обеспечивает удвоенную приводную систему по сравнению со стандартными приводами с двумя ведущими шестернями. Технология безредукторного привода мельницы (GMD) дополнительно расширила области применения крупногабаритных МСИ и позволила произвести крупнейшую в мире мельницу ПСИ диаметром 42 дюйма при передаче мощности 28 МВт.

      10. Сокращается в два раза пылевынос, т. к. руда из цеха крупного дробления поступает на мокрое самоизмельчение.

      Недостатки процесса самоизмельчения: в некоторых случаях образуется избыточное число кусков "критической крупности", чтобы не снижалась производительность мельницы, необходимо выводить их из процесса, либо добавлять стальные шары для их разрушения; при изменении измельчаемости и крупности исходной руды меняется производительность мельниц самоизмельчения; рыхлые окисленные руды с низкой крепостью не могут быть измельчены до нужной крупности; мельницы самоизмельчения по сравнению с шаровыми имеют более низкую удельную производительность.

      Достигнутые экологические выгоды

      Снижение выбросов пыли.

      Экологические показатели и эксплуатационные данные

      Сокращаются выбросы пыли, т. к. руда из цеха крупного дробления поступает на мокрое самоизмельчение. К примеру, на предприятии ТОО "KAZ Minerals Aktogay" применяется двухстадиальное измельчение до крупности 80 % -0,180мм, первичное измельчение в шаровой мельнице полусамоизмельчения в открытом цикле с выделением рудной гали и последующей второй стадией измельчения в шаровых мельницах в замкнутом цикле с гидроциклонами (поверочная классификация).

      Кросс-медиа эффекты

      Снижение капитальных и эксплуатационных затрат.

      Технические соображения, касающиеся применимости

      Общеприменимо.

      Экономика

      Дополнительные затраты на инвестиции и техническое обслуживание.

      Движущая сила внедрения

      Требования экологического законодательства, в части предотвращения/сокращения эмиссий в окружающую среду.

5.4.3. Методы очистки алюминатных растворов

5.4.3.1. Технология вывода железистых песков из бокситовой пульпы перед стадией выщелачивания

      Техника предполагает технологию по переработке некондиционных бокситов. Некондиционность их обуславливается высоким содержанием примесей карбонатов, сульфатов, органики.

      Описание

      Техника вывода железистых песков на стадии размола боксита позволяет выделить до 60 % вредных примесей в начале технологического цикла. С железистыми песками уходит ~ 50÷60 % карбонатсодержащих примесей и 40÷50 % соединений серы и двухвалентного железа. Технологическая ценность схемы заключается в том, что балластная составляющая, содержащая огромную долю бокситовых примесей, сбрасывается в отвал раньше, чем они успеют прореагировать в щелочном растворе с образованием вредных для технологии продуктов.

      Техническое описание

      Содержание компонентов в некондиционных бокситах приведено в таблице 5.1.

      Таблица 5.1. Содержание компонентов в некондиционных бокситах

№ п/п

Наименование

Содержание, %

Al2O3

SiO2

MSiO2

F2O3

CO2

SO3

Сорг

Глин фр.

FeO

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

1

Красногорский боксит

43÷50

10÷13

3,8÷4,8

8÷14

2÷8

0,8÷3,0

1,0÷6,0

45

4÷7


      При переработке на глинозем по технологии Байер-спекания высококарбонатных бокситов, обогащенных сульфидными соединениями, происходит потеря каустической щелочи вследствие разложения сульфидов, карбонатов железа и связывания щелочи с ионами серы и карбонатов, ухудшения качества глинозема по оксидам железа.

      На сегодняшний день на АО "Алюминий Казахстана" внедрены технологические схемы, разработаны аппараты, применены приемы, позволяющие перерабатывать свыше 43 % некондиционного красногорского боксита, что позволило увеличить выпуск глинозема до 1400 тыс. тонн в год, вместо проектных 1034 тыс. тонн.

      Уникальность данной разработки заключается в том, что с железистыми песками уходят сидеритные, сульфидные, пиритные, гетитные, шамозитные составляющие боксита.

      По схеме выделения железистых песков на стадии мокрого размола боксита производится его загрубление, классификация полученной пульпы с последующим домолом песковой фракции и довыщелачиванием.

      После разделения железистые пески промываются в реакторах колонного типа. Использование последних позволяет получить эффективную отмывку песков от щелочи и сокращение расхода воды на промывку в 3 раза. Остаточное содержание щелочи в жидкой фазе колеблется в пределах 1,5–2 г/л Na2О. Отмытый продукт, обогащенный вредными примесями, сбрасывается в отвал [39].

      В результате сброса с песками ~50 % SO3 от поступления с бокситом предупреждается образование Na2SO4 по реакции взаимодействия щелочи каустического раствора с соединениями серы, поступающими в систему с бокситом.

      Образование оборотной соды (Na2СО3) за счет реакции взаимодействия карбонатов сидеритовой составляющей боксита с каустическим раствором приводит к потере каустической щелочи с одной стороны, и возникновению огромного возвратного потока по соде с другой, что нарушает щелочной баланс системы и делает невозможным компенсацию щелочи через спекание.

      Достигнутые экологические выгоды

      За счет сброса с песками ~40 % Fe2O3 от прихода с бокситом на 16 % уменьшились балластные потоки по байеровским и спекательным переделам.

      Экологические показатели и эксплуатационные данные

      В результате сброса с песками 50–60 % СО2 с карбонатсодержащими составляющими возникла реальная возможность поддержания щелочного баланса и увеличения производительности передела.

      Кросс-медиа эффекты

      Данная технология приводит к увеличению удельной нормы боксита.

      Технические соображения, касающиеся применимости

      Общеприменимо.

      Экономика

      В каждом отдельном случае стоимость техники индивидуальна.

      Движущая сила внедрения

      Выполнение плана производства при снижении качества бокситового сырья. Экономия топлива и других материалов.

5.4.3.2. Применение аппаратов вертикального типа для промывки железистых песков

      Описание

      Разработка схемы вывода железистых песков потребовала коренных изменений на всем технологическом переделе "размол-выщелачивание". Были созданы аппараты, позволяющие выводить стабильные по составу железистые пески с минимальными потерями полезных компонентов.

      Техническое описание

      Использование для промывки железистых песков аппаратов вертикального типа, применение чувствительных датчиков для разгрузки песков, регулировка количества и крупности песковой фракции системой гидроциклонов обеспечили высокое качество железистых песков и минимальные потери по щелочи.

      Количество вредных примесей, удаляемых с песками, определяется крупностью домола песков. По результатам экспериментов выбрана предельная крупность (–2 +1 мм), обеспечивающая концентрирование примесей серы, карбонатов, железистых минералов по фракциям (таблица 5.2).

      Таблица 5.2. Распределение компонентов в песках классификации, поступающих на домол

№ п/п

Класс крупности

Выход класса

Содержание, %

SO3

CO2

Fe2O3

AL2O3

1

2

3

4

5

6

7

1

-2 +1

22,5

0,7

3,7

25,0

44,5

2

-1 +0,63

16,8

0,55

3,5

28,0

43,6

3

-0,63 +0,15

47,2

0,48

2,9

30,0

39,0

4

-0,15

13,5

0,2

0,7

22,0

41,1


      Кроме этого, указанная реконструкция мельниц привела к увеличению производительности передела на 30–40 % и позволила без ввода дополнительных мощностей увеличить его пропускную способность.

      В таблице 5.3 приведены данные по ситовой характеристике и производительности мельниц до и после реконструкции узла.

      Таблица 5.3. Ситовая характеристика и производительность мельниц

№ п/п

Наименование варианта

Крупность помола по содержанию фракций

Произв. по сух.,
%

% вывода песков от 1т боксита

+5

+2,5

+1

+0,63

+0,25

-0,15


1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1

До реконструкции

1,0

1,0

8,0

6,0

14,0

70,0

100

8,0

2

После реконструкции

1,0

3,0

15,0

11,0

20,0

50,0

135

12,0


      Схема вывода железистых песков со сбросом в отвал ~ 60 % примесей не только решила вопрос переработки красногорского боксита в байеровской ветви, но и позволила увеличить мощность завода по выпуску основной продукции за счет увеличения пропускной способности байеровского и спекательного переделов [40].

      Достигнутые экологические выгоды

      За счет сброса с песками ~40 % Fe2O3 от прихода с бокситом на 16 % уменьшились балластные потоки по байеровским и спекательным переделам.

      Экологические показатели и эксплуатационные данные

      В результате сброса с песками 50–60 % СО2 с карбонатсодержащими составляющими возникла реальная возможность поддержания щелочного баланса и увеличения производительности передела.

      Кросс-медиа эффекты

      Данная технология приводит к увеличению удельной нормы боксита.

      Технические соображения, касающиеся применимости

      Общеприменимо.

      Экономика

      В каждом отдельном случае стоимость техники индивидуальна.

      Движущая сила внедрения

      Выполнение плана производства при снижении качества бокситового сырья. Экономия топлива и других материалов.

5.4.3.3. Фильтрация белого шлама для снижения рециркуляционных потоков каустической щелочи

      Описание

      Техника снижает количество каустической щелочи, содержащейся в жидкой фазе кека белого шлама, поступающего на участок подготовки шихты.

      Техническое описание

      При переработке красного шлама спеканием с бокситом операцию обескремнивания алюминатного раствора выводят в самостоятельный передел. Требуемая степень очистки алюминатных растворов от кремнезема определяется кремниевым модулем, то есть весовым отношением Al2O3 к SiO2 [41].

      Сущность операции обескремнивания заключается в связывании соединений кремния, присутствующих в растворах, в нерастворимое соединение Na2O·Al2O3·1,75SiO2·2H2O, которое выпадает в осадок и называется белым шламом. Слив с трубчатых аппаратов поступает на узел автоклавного обескремнивания, после чего полученный алюминатный раствор направляется на сгущение белого шлама. Часть шлама со сгустителей поступает на фильтрацию белого шлама на фильтры ДОО-100 для разделения жидкой и твердой фазы белого шлама и перекачки твердой фазы на узел подготовки шихты, а часть на затравку в мешалки для обеспечения требуемых кремневых модулей в обескремненном растворе.

      В фильтре ДОО-100 (предназначен для разделения компонентов белого шлама или содового раствора методом фильтрации) при вращении дисков под воздействием вакуума фильтрат отводится из фильтра и откачивается в емкости и насосами в мешалки.

      Твердая фаза задерживается на поверхности фильтровальной ткани и сбрасывается сжатым воздухом в бункер разгрузки, где репульпируется красным шламом, поступает мешалку кека, откуда пульпа через репульпатор насосами откачивается на участок приготовления шихты.

      Достигнутые экологические выгоды

      За счет снижения влажности белого шлама сокращается доля жидкости – количества алюминатного раствора, увлекаемое с белым шламом, являющейся рециркуляционной (балластной) составляющей и приводящей к дополнительной нагрузке на передел спекания шихты, расходу топлива и кальцинированной соды.

      Экологические показатели и эксплуатационные данные

      В результате снижения рециркуляционной нагрузки на передел спекания шихты повышается извлечение Na2O и Al2O3 из алюминатного раствора, снижается расход кальцинированной соды и Шубаркольского угля, подаваемого на печи спекания.

      Кросс-медиа эффекты

      Данная технология приводит к увеличению энергопотребления при фильтрации белого шлама и расходу фильтр тканей.

      Технические соображения, касающиеся применимости

      Общеприменимо.

      Экономика

      В каждом отдельном случае стоимость техники индивидуальна.

      Движущая сила внедрения

      Выполнение плана производства, увеличение извлечения полезных компонентов спекательного передела. Экономия топлива и кальцинированной соды.

5.4.3.4. Технология восстановительного спекания глиноземсодержащих шихт для вывода оксидов серы

      Описание

      Техника позволяет перерабатывать высокожелезистый красный шлам от выщелачивания красногорского низкокачественного боксита и доизвлекать полезные компоненты Al2O3 и Nа2O из красного шлама гидрометаллургического цеха, возмещать потери каустической щелочи путем термической каустификации кальцинированной соды во вращающихся трубчатых печах.

      Техническое описание

      Шихта для печей спекания составляется из красного шлама, оборотной соды, белого шлама, свежей кальцинированной соды, боксито-известковой смеси и восстановителя. Применение восстановителя в шламо-известняковой шихте спекания является уникальным техническим решением, разработанным и внедренным на заводе. Технические условия – минимальное содержание летучих фракций в горючей массе восстановителя [42].

      Механизм работы восстановителя заключается в следующем – в зоне спекания при температуре около 1000 °С восстановитель образует оксид углерода по одной из реакций:

      2С + O2 = 2СО

      С + CO2 = 2СО,

      который восстанавливает вытесненный оксид железа:

      Na2O·Ғе2O3 + А12O3 = Na2O·А12O3 + Ғе2O3

      затем Ғе2O3 + СО = 2ҒеО + CO2

      Есть еще один, кроме восстановления окиси железа, критерий нахождения оптимальной концентрации углерода в шихте – замечено, что концентрация восстановителя определяет долю нерастворимых форм сернистых соединений, образующих отвальный шлам по следующей схеме:

      (SO3)-2+C=S+2+CO2

      S+2+Fe-2=FeS

      Появление заметной доли нерастворимых форм соединений серы, остающихся в шламе и откачиваемых на шламовое поле, не только способ очистки схемы завода от сернистых соединений, но и позитивный экологический фактор – заметная доля твердых выбросов сернистых соединений, не поступающих в дымовую трубу.

      Спек – это кусковой материал с заданным химическим составом, полученный в результате спекания в трубчатых вращающихся печах, приготовленной из красного шлама ГМЦ, боксита, известняка, соды кальцинированной, угля-восстановителя. Химический состав спека, поступающего на участок гидрохимической переработки, представлен в таблице 5.4.

      Таблица 5.4. Химический состав спека, %

№ п/п

Al2O3

Na20

Fe2O3

SiO2

CaO

K2O

SO3

Cl

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

18–23

15–16.5

17.8– 9,9

13,2– 4.1

25.6– 7.5

0,59– ,72

2,0– 2.95

0.20-0.5


      Модуль силикатный – 1,90-2,10;

      модуль глиноземный – 1,30-1,40.

      Физические свойства спека:

      насыпной вес – 1,4 ÷ 1,8 т/ м3;

      плотность – 1,9 ÷ 2,1 т/ м3;

      крупность – до 120 мм;

      температура – не более 1200 °С.

      Охлажденный спек дробится до крупности не более 8-10 мм и поступает на выщелачивание. Выщелачивание проводится в трубчатых выщелачивателях по противоточной схеме крепкой технологической водой. При выщелачивании спека в жидкую фазу переходят водорастворимые соединения алюминия, натрия.

      Достигнутые экологические выгоды

      Применение восстановительного спекания позволило принципиально перерабатывать низкокачественное и высокожелезистое бокситовое сырье Республики Казахстана. Данная техника сократила ввод известняка на образование ферритов кальция, что позволило снизить выбросы СО2 от разложения СаСО3.

      Экологические показатели и эксплуатационные данные

      Увеличилось количество вращающихся печей, сократились пуски и аварийные остановки вследствие зарастания печей и простоев на сбивку нароста. Снижение оксидов серы в отходящих газах.

      Кросс-медиа эффекты

      Техника должна обеспечить восстановительную атмосферу во вращающейся печи для обеспечения прохождения необходимых реакций. Техника требует ведение технологического режима с выдерживанием содержания кислорода в отходящих газах на уровне 2,0–2,5 %, что негативно сказывается на содержании СО в отходящих газах.

      Технические соображения, касающиеся применимости

      Техника, являющаяся принципиальной для развития производства глинозема и алюминия в Республике Казахстан.

      Экономика

      Увеличение производства глинозема с 1,0 млн тонн/год до 1,5 млн тонн/год.

      Движущая сила внедрения

      Выполнение плана производства, увеличение извлечения полезных компонентов спекательного передела. Экономия всех расходных материалов, поддержание себестоимости глинозема на уровне окупаемости.

5.4.3.5. Технология поддержания оптимальной крупности затравки для улучшения показателей по крупности продукционного гидрата

      Описание

      Технические решения направлены на улучшение качества продукции по крупности, которая регламентируется требованием к качеству глинозема. Особенно актуальным встал вопрос в связи с переработкой Красногорского сырья.

      Техническое описание

      Крупность получаемого гидроксида алюминия, а соответственно, и глинозема в течение всего периода работы изменяется по периодам длительностью 30 ÷ 60 суток и с амплитудой колебаний, зависящей от различных факторов: состава растворов, температурного режима декомпозиции, затравочного отношения.

      В периоды измельчения глинозем содержит мелкие фракции в количестве, превышающем допустимые значения. С переработкой Красногорского боксита амплитуда колебаний дисперсности стала еще круче, т. к. повышенное поступление органики с бокситом ускорило процессы еҰ структурного превращения в растворах до оксалатов. Оксалатная органика, высаживаясь на гидратной мелочи, препятствовала еҰ росту, способствуя тем самым удлинению периода измельчения.

      Наряду со схемой выделения органики в виде оксалатов, укрупнению продукции способствовала разработанная схема регулирования крупности гидрата путем поддержания оптимальной крупности затравки. В процессе декомпозиции происходит цикличное укрупнение и измельчение гидроокиси алюминия, при этом в моменты измельчения содержание мелкого класса достигает 45 %, что приводит к браку по продукции. Разработанная схема регулирования крупности путем выдерживания постоянной скорости роста кристалла гидроксида в системе позволяет иметь ровный по дисперсному составу гидрат, отвечающий требованиям заводов-потребителей [43]. Результаты от внедрения схемы приведены на рисунке 5.2.

     


      Рисунок 5.2. Стабилизация дисперсного состава гидрата

      По данному способу регулирование размера частиц осуществляется путем поддержания в затравке оптимального грансостава. Схема стабилизации дисперсного состава гидрата защищена патентом на изобретение. Экономическая эффективность от внедрения схемы заключается в выпуске товарного глинозема требуемого дисперсного состава.

      Для улучшения показателей по крупности продукционного гидрата с дополнительным выводом органической составляющей разработана эффективная схема агломерации, где в качестве затравки используется наиболее мелкая часть гидроксида, полученная тонким разделением гидрата.

      Результаты по укрупнению гидрата приведены в таблице 5.6.

     

      Таблица 5.5. Результаты по укрупнению гидрата

№ п/п

Содержание фракции
(-32) мкм в затравочном гидрате, %

Процент агломерации, %

Укрупнение системы по
(-32) мкм, %

1

2

3

4

1

42

23,8

7

2

60

62,7

18,4


      Как следует из таблицы 5.5, тонкое разделение гидрата (содержание 32 мкм – 60 %) позволило укрупнить гидрат на 62 % отн., что в условиях наращивания мощности позволило не только сохранить, но и укрупнить продукцию, согласно требованиям потребителей.

      Достигнутые экологические выгоды

      Обеспечение качества продукции, снижение потребления энергии и расхода воздуха на перекачку и времени роста кристалла.

      Экологические показатели и эксплуатационные данные

      Увеличение крупности кристалла гидрата при фильтрации снижает влагу кека-гидрата, поступающего на кальцинацию во вращающихся печах, и увеличивает срок службы фильтровальной ткани. Снижение влаги приводит к уменьшению расхода мазута на прокалку гидрата.

      Кросс-медиа эффекты

      Не выявлены.

      Технические соображения, касающиеся применимости

      Техника, позволяющая соответствовать продукции согласно требованиям заказчика. Получение качества глинозема, соответствующая требованиям Г-00.

      Экономика

      Выдерживание контрактных обязательств всех партий глинозема – 1,5 млн тонн/год.

      Движущая сила внедрения

      Выполнение плана производства, контрактные обязательства. Экономия всех расходных материалов, выдерживание себестоимости глинозема на уровне окупаемости.

5.5. НДТ, направленные на снижение негативного воздействия на атмосферный воздух

5.5.1. НДТ, направленные на предотвращение неорганизованных эмиссий в атмосферный воздух

5.5.1.1. Снижение выбросов при проведении буровых работ в карьерах и шахтах

5.5.1.1.1. Позиционирование буровых станков в реальном времени c применением системы контроля параметров высокоточного бурения

      Техническое описание

      Комплекс буровых работ включает в себя расчет и проектирование оптимальных параметров буровзрывных работ с учетом характеристик горных пород, расстановку буровых станков, бурение скважин. Бурение взрывных скважин осуществляется как станками производства ближнего зарубежья, так и высокотехнологичными буровыми станками импортного производства Atlas Copco: DML; DM–45.

      Один из реальных путей устранения рисков выбросов пыли в атмосферу заключается в использовании систем точного управления и позиционирования буровых станков. В настоящее время известно применение спутникового (GPS/Глонасс) позиционирования буровых станков в карьере для повышения точности расположения взрывных скважин и более эффективного использования взрывчатых веществ. Системы спутникового позиционирования с использованием информации о текущей глубине бурения, скорости бурения, давлении в гидросистеме позволяют получать информацию об энергоемкости бурения горного массива в различных точках скважин. Необходимую информацию бортовой компьютер бурового станка получает по радиоканалу из диспетчерского центра. Информация об энергоемкости бурения с отдельных скважин через систему спутникового позиционирования обрабатывается и суммируется в общую трехмерную карту трудности бурения для облегчения работы при расчете и закладке взрывчатых веществ в скважины. Трудность бурения на такой карте отображается разными цветами, не измеряется в конкретных единицах, а отражает относительный энергетический показатель.

      После выполнения бурения выполняется передача фактических координат скважин в режиме реального времени в системы планирования горных работ и имитационного моделирования взрывов для их дальнейшего использования при обсчете параметров зарядов в скважинах и проектировании схем их коммутации.

      Достигнутые экологические выгоды

      Использование систем точного позиционирования и управления работой буровых станков в итоге обеспечивает:

      снижение выбросов в атмосферу оксида азота N2O3, диоксида азота NO2 и пыли неорганической, в том числе наиболее опасной для окружающей среды мелкодисперсной;

      снижение перерасхода ВВ, дизельного топлива и бурового инструмента за счет более быстрой установки станка на место бурения очередной скважины и сокращения времени на переезды между скважинами, снижения количества скважин повторного бурения; сокращение парка буровых станков для выполнения проектного объема бурения по карьеру;

      уменьшение объема образования отходов за счет снижения расхода долотьев и штанг на 1 метр бурения.

      Экологические показатели и эксплуатационные данные

      Учитывая, что бурение скважин является первоначальным этапом к подготовке взорванной горной массы, при эффективном управлении буровыми работами впоследствии достигаются следующие результаты – безопасность при массовом взрыве; качество подготовленной горной массы, выраженное в полученном гранулометрическом составе горной массы, влияющем в дальнейшем на производительность погрузочно–транспортного оборудования; снижение негативного воздействия на окружающую среду.

      Данная система состоит из:

      интеллектуальной панели, установленной в кабине бурового станка, служащей для отображения проекта на буровые работы;

      навигационного приемного оборудования;

      датчиков определения осевого давления;

      датчика определения скорости вращения;

      датчиков определения угла наклона скважины;

      наборов датчиков определения глубины бурения;

      программного обеспечения для визуализации бурения.

      Установленная система высокоточного позиционирования позволяет машинисту бурового станка с точностью определить местонахождение проектной скважины (погрешность до 10 см), произвести бурение в полном соответствии с проектом на буровые работы. Принимая во внимание возможность определения фактических координат устьев скважин, угла наклона скважин, а также положения скважин на уровне проектного горизонта, инженер по буровзрывным работам в режиме трехмерного моделирования определяет фактическую линию сопротивления по подошве, минимальное расстояние между скважинами по подошве уступа, в связи с чем производится расчет массы заряда взрывчатого вещества исходя из следующих условий: строгого соблюдения проектных решений; безопасного проведения взрывных работ (снижение разлета кусков породы и т.д.); качественного дробления массива; минимизации вредного влияния на окружающую среду.

      Кросс-медиа эффекты

      Капитальные затраты. Потребность в дополнительных объемах энергоресурсов.

      Технические соображения, касающиеся применимости

      Представленные методы (конструктивные и технические решения), являются общеприменимыми и могут использоваться как по отдельности, так и в совокупности.

      Экономика

      В настоящее время системы точного позиционирования и управления карьерными буровыми станками в основном представлены продукцией компаний: ProVision® Drill компании Modular Mining Systems, Inc. (США), КОБУС® компании Blast Maker (Кыргызстан), mineAPS® Drill компании Wenco Mining Systems (Канада).

      Широкое применение автоматизированных систем управления горнотранспортным комплексом, основанных на технологиях спутниковой навигации, обусловлено их высокой эффективностью, достигаемой за счет повышения производительности оборудования на 15–25 %, при этом срок возврата инвестиций составляет от нескольких месяцев до полутора лет.

      Мировой опыт компании Modular Mining Systems, Inc. по оснащению парка буровых станков системами точного позиционирования и управления в сочетании с использованием современных компьютерных систем проектирования БВР и имитационного моделирования взрывов значительно повышает экономическую эффективность буровзрывных работ и на 15 % снижает уровень финансовых затрат на БВР. Уменьшает выход негабаритов на 0,2–0,4 %, увеличивает удельный выход горной массы с 1 п.м. скважины.

      Движущая сила внедрения

      Требования экологического законодательства.

      Повышение производительности и эффективности использования бурового станка, оптимизация процессов БВР, экономия материальных ресурсов.

5.5.1.1.2. Внедрение методов снижения пылеобразования с применением технической воды и различных активных средств для связывания пыли

      Техническое описание

      Распространенными способами борьбы с пылью при работе станков механического бурения являются: мокрый метод – пылеподавление воздушно–водяной смесью; пылеподавление воздушно–эмульсионными смесями (ПАВ) и сухой метод – сухое пылеулавливание. В зависимости от условий работы и применяемого оборудования эти методы могут использоваться в разных вариантах. Но общие принципы снижения запыленности, описанные в этом разделе, применимы для всех случаев бурения на карьерах, включая использование различных буровых установок.

      Основным направлением снижения пылевыделения при работе станков шарошечного бурения в настоящее время является применение мокрых способов пылеподавления и пылеулавливающих установок, так как использование воды при пылеподавлении в технологическом процессе буровых работ самый эффективный и доступный способ снижения загрязнения атмосферного воздуха.

      При сухом бурении снижение запыленности происходит без использования воды. Для улавливания пыли используют оборудование, находящееся на буровой установке у устья скважины. Такое оборудование может работать в разных климатических условиях, и оно эффективно при низкой температуре. Конструкция пылеулавливающего оборудования может быть разной, и она зависит от размера буровой установки.

      Экологические показатели и эксплуатационные данные

      Воздушно-водяная смесь на ставках образуется при подаче воды в поток сжатого воздуха и распылении ее на мелкие капли. В призабойном пространстве смесь создает факел из капель, которые сталкиваются с пылевыми частицами (рисунок 5.3). Вихреобразование повышает вероятность сталкивания пылевых частиц с каплями воды. Смачивание и коагуляция пыли продолжаются при движении продуктов бурения по затрубному пространству. Шлам от устья удаляется воздушным потоком, создаваемым вентилятором, который устанавливается на станке на расстоянии 1,1–1,5 м от скважины. Частицы, смоченные водой, выпадают из потока и оседают на поверхности уступа на некотором расстоянии от устья скважины. Подача воды контролируется оператором буровой установки из кабины, и в некоторых кабинах ставят расходомер для определения оптимального расхода воды. Для повышения смачивающих свойств воды можно использовать добавки поверхностно-активных веществ (ПАВ), которые снижают поверхностное натяжение воды, улучшают ее смачивающую способность и диспергирование. Измерения показали, что это позволяет снизить концентрацию пыли на 96 %.

     


      Рисунок 5.3. Движение воздушно-водяной смеси при мокром методе пылеподавления

      Для эффективного снижения запыленности нужно, чтобы оператор следил за подачей воды. Расход воды при этом способе небольшой – обычно 0,4÷7,6 л/мин, но он зависит от типа долота, горно–геологических условий и уровня влажности буримых пород. Например, экспериментальные измерения показали, что при увеличении расхода воды с 0,8 до 2,4 л/мин происходит значительное снижение запыленности. Но после того как в том конкретном случае проведения измерений расход достиг 3,8 л/мин, возникли новые проблемы: наконечник долота стал засоряться, а буровая коронка – трудно вращать из–за того, что мокрый разрушенный материал стал слишком тяжелым для выдувания из скважины и засорять пространство между долотом и стенками скважины. Таким образом, подача слишком большого количества воды создает дополнительные проблемы, происходит снижение стойкости шарошечного долота (до 50 %) вследствие повышенного износа подшипников. Расход воды, которую нужно подавать, зависит от типа бурового инструмента и от свойств разрушаемого материала.

      На основе результатов измерений и наблюдений мокрого метода бурения разработаны следующие рекомендации по его применению:

      чтобы расход воды был близок к максимальному, оператор должен плавно увеличивать подачу воды до тех пор, пока не перестанет наблюдаться визуально заметный выброс пыли;

      повышенная подача воды не приведет к значительному уменьшению запыленности, но скорее всего создаст эксплуатационные проблемы – ускоренное разрушение наконечника долота (при использовании трехшарошечного долота), возможное "заедание" бурового инструмента. А подача меньшего количества воды уменьшит эффективность пылеподавления;

      важно увеличивать подачу воды постепенно, и с задержкой по времени (на тот период, который требуется для подъема воздушно–водяной смеси до устья скважины);

      при бурении нужно непрерывно следить за расходом воды, чтобы ее подача была оптимальной для снижения запыленности, и не произошло засорение пространства между долотом, буровой штангой и скважиной;

      используемая вода должна фильтроваться, чтобы грязь, содержащаяся в ней, не засорила систему мокрого пылеподавления;

      при температуре воздуха меньше 0 °С во время бурения система должна подогреваться, а при длительных перерывах вода должна сливаться.

      В большинстве буровых установок расположение емкости с водой вблизи двигателя и гидравлической системы оказывается достаточным для того, чтобы предотвратить замерзание во время работы, за исключением очень низкой температуры воздуха. Когда бурение не проводится, вода должна сливаться.

      Бурение шпуров и скважин с промывкой водой (так называемое мокрое бурение) пока основное средство пылеподавления при буровых работах в подземных условиях. При мокром пылеподавлении вода используется для удаления разрушенной породы из скважины. Для промывки шпуров и скважин при бурении применяют два способа: осевую и боковую подачу воды. На рудниках ЮАР, Австралии, Канады, а также отечественных рудниках применяют преимущественно осевой способ.

      На рисунке 5.4 показано, как вода подается через специальную водоподводящую трубку, расположенную по оси перфоратора, и затем поступает в канал буровой штанги. Выходя через отверстие в головке бура, вода омывает забой шпура и вытекает через канал скважины, унося разрушенную породу. Давление воды у перфораторов должно быть равно давлению воздуха, используемого для работы перфоратора, или на 0,5–1 ат ниже давления сжатого воздуха. Расход воды при бурении должен быть постоянным и составлять для ручных перфораторов не менее 3 л/мин. Эффективность данного способа 86- 97 % в зависимости от вида бурения и схемы расположения скважин. Исследования также показали, что закачивание в скважину тумана из капель воды и пены также снижает концентрацию пыли на 91–96 %. Но небольшое относительное снижение концентрации пыли по сравнению с традиционным мокрым бурением с использованием воды не окупает увеличение затрат при использовании данных способов.

     


      Рисунок 5.4. Схема движения воды при мокром бурении скважин и шпуров ручными перфораторами

      Сухое пылеулавливание предусматривает обычно в несколько стадий: улавливание крупной буровой мелочи, грубодисперсной и тонкодисперсной пыли (менее 10 мкм).

      За время эксплуатации станков шарошечного и ударно–вращательного бурения было разработано несколько десятков одно-, двух-, трех- и четырехступенчатых пылеулавливающих установок, состоящих из узла отсоса запыленного воздуха от устья скважины (укрытия), пылеулавливающих аппаратов, вентилятора и системы воздуховодов. По принципу улавливания пыли на последней ступени очистки они подразделяются на установки с гравитационными, инерционными, поглощающими и пористыми пылеуловителями. Пылеулавливающие установки могут включать как сухие, так и мокрые пылеуловители. На рисунке 5.5 показана типичная сухая пылеулавливающая система, используемая при бурении скважин различного диаметра. Пыль попадает в воздух при продувке скважины сжатым воздухом (для удаления разрушенной породы), который подается через полые буровые трубы к буровой коронке.

      При нормальной работе разрушенная порода и пыль попадают в укрытие, которое закрывает место входа буровых труб в породу. А запыленный воздух удаляется из укрытия, отсасывается и направляется в пылеуловитель. Вентиляционная система включает в себя вентилятор и рукавный фильтр, регенерация ткани в котором обычно осуществляется импульсной продувкой сжатым воздухом через определенные интервалы времени. При этом уловленная пыль сбрасывается в бункер пылеуловителя. Снижение концентрации пыли может достигать 95 % при исправном состоянии и правильном использовании.

     


      Рисунок 5.5. Схема пылеулавливающей установки

      Для предотвращения выбросов пыли необходимо обеспечить оптимальное отношение расходов воздуха – отсасываемого вентиляционной системой и сжатого, подаваемого для удаления разрушенной породы. Обычно отношение расходов отсасываемого воздуха к подаваемому сжатому составляет до 3:1. Но при работе фильтров при обычной запыленности чаще всего встречается отношение 2:1. Установлено, что наибольшее снижение концентрации пыли получается при увеличении отношения расходов с 2:1 до 3:1, а при увеличении до 4:1 концентрация пыли становится еще ниже.

      Кросс-медиа эффекты

      Необходимость дополнительного использования водных ресурсов.

      Технические соображения, касающиеся применимости

      Общеприменимо

      Экономика

      В зависимости от применяемого метода в каждом конкретном случае.

      Движущая сила внедрения

      Требования экологического законодательства.

      Снижение негативного влияния на окружающую среду.

5.5.1.1.3. Оснащение буровой техники средствами эффективного пылеподавления и пылеулавливания

      Техническое описание

      При бурении поверхностных скважин большого и среднего размера с помощью буровых установок на гусеничном ходу можно эффективно уменьшить запыленность воздуха с помощью горизонтальных полок, влияющих на движение воздуха в укрытии. Использование таких полок может позволить снизить запыленность у любой большой буровой установки, минимальный размер укрытия которой не меньше 1,2 на 1,2 м. Полки шириной 15 см устанавливают в укрытии по периметру ограждения. Они предназначены для уменьшения выноса пыли из укрытия во время работы буровой установки.

      Достигнутые экологические выгоды

      Оснащение буровой техники средствами эффективного пылеподавления и пылеулавливания позволяет снизить выбросы в атмосферу пыли неорганической, в том числе наиболее опасной для окружающей среды мелкодисперсной.

      Экологические показатели и эксплуатационные данные

      При бурении и использовании обычного ограждения воздух движется в нем так, как показано на рисунке 5.6 слева, и он определяется движением продувочного воздуха и влиянием вытяжки. Продувочный воздух движется вверх от отверстия скважины через среднюю часть ограждения (на уровне полок), сохраняя направление движения вдоль буровой трубы к нижней поверхности буровой платформы. У нижней поверхности буровой платформы за счет эффекта Коанда (струя текущей жидкости или газа склонны "прилипать" к поверхности, с которой они встретились). Струя загрязненного воздуха выходит из скважины, движется вверх до площадки буровой платформы, расходится в стороны веером по нижней стороне площадки буровой платформы и по достижении ее краев движется вниз вдоль стенок ограждения. Все это движение происходит при большой скорости. Вынос пыли из укрытия в месте его контакта с поверхностью уступа происходит при столкновении потока воздуха с ней и последующего вытекания из укрытия через зазор между ограждением и землей.

     


      Рисунок 5.6. Модель движения воздушно–пылевой смеси в укрытии при использовании полок

      Полка шириной 15 см, установленная по периметру ограждения, нарушает описанный выше характер движения воздуха. Она перенаправляет поток воздуха к центру укрытия так, что поток загрязненного воздуха не сталкивается с поверхностью земли (рисунок 5.6, справа). Такое изменение направления движения загрязненного воздуха уменьшает его вытекание из-под укрытия наружу.

      Полки, установленные на буровой установке при проведении испытаний, сделаны из полос конвейерной ленты шириной 15 см, и закреплены болтами на металлических уголках размером 5 см. Эти уголки прикреплены болтами к ограждению укрытия по его периметру. Для полной герметизации внутреннего пространства добавлена дверца (кусок резины), закрывающая отверстие для доступа к внутреннему пространству извне. Полки установлены примерно посередине (по вертикали) между верхней частью ограждения и поверхностью земли. Измерения в производственных условиях во время работы буровой установки показали, что при использовании данного способа концентрация пыли уменьшается на 66–81 %.

      Кросс-медиа эффекты

      Выгрузка уловленной пыли из пылеуловителя дает до 40 % от всей запыленности техники.

      Технические соображения, касающиеся применимости

      Общеприменимо.

      Экономика

      Трудозатраты на изготовление и установку полок ограждения.

      Движущая сила внедрения

      Требования экологического законодательства. Снижение выбросов неорганической пыли.

5.5.1.2. Снижение выбросов при проведении взрывных работ на карьерах

      Описание

      Методы, техники или их совокупность для предотвращения неорганизованных выбросов при проведении взрывных работ.

      Массовый взрыв на разрезе (карьере) является мощным периодическим источником выброса в атмосферу большого количества пыли и газов. Вредные примеси выделяются в атмосферу в виде пылегазового облака. Часть вредных газов (около одной трети) остается во взорванной горной массе и затем выделяется в атмосферу, загрязняя район взорванного блока и прилегающие к нему участки. Выделившаяся пыль, выпадая из пылегазового облака, оседает на уступах, площадях около разреза (карьера) и в близлежащих поселках, являясь в дальнейшем источником пыления.

      Техническое описание

      Интенсивность пылегазообразования при ведении взрывных работ на карьерах и шахтах зависит от многих факторов, к основным из которых следует отнести физико–механические свойства горных пород и их обводненность, ассортимент применяемых ВВ, типы используемых забоечных материалов, методы взрывания (на подобранный откос уступа или в зажатой среде), время производства массового взрыва, метеоусловия на момент массового взрыва и др.

      Большое влияние на выбор способов и средств пылеулавливания и пылеподавления оказывают свойства пыли: плотность частиц, их дисперсность, адгезионные свойства, сыпучесть пыли, смачиваемость, абразивность, гигроскопичность и растворимость частиц, электрические и электромагнитные свойства, способность пыли к самовозгоранию и образованию взрывоопасных смесей с воздухом.

      Сокращение пылегазовыделения при взрывных работах осуществляется за счет технологических, организационных и инженерно–технических мероприятий.

      К технологическим мероприятиям относятся:

      уменьшение количества взрывов путем укрупнения взрывных блоков;

      использование в качестве ВВ простейших и эмульсионных составов с нулевым или близким к нему кислородным балансом;

      частичное взрывание на "подпорную стенку" в зажиме.

      К организационным мероприятиям относятся:

      внедрение компьютерных технологий моделирования и проектирования рациональных параметров буровзрывных работ;

      проведение взрывных работ в оптимальный временной период с учетом метеоусловий;

      использование рациональных типов забоечных материалов, конструкций скважинных зарядов и схем инициирования.

      Инженерно–техническими мероприятиями являются:

      орошение взрываемого блока и зоны выпадения пыли из пылегазового облака водой, пылесмачивающими добавками и экологически безопасными реагентами;

      применение установок локализации пыли и пылегазового облака;

      применение технологий гидрообеспыливания (гидрозабойка взрывных скважин и шпуров, укладка над скважинами емкостей с водой);

      проветривание горных выработок;

      использование зарядных машин с датчиками контроля подачи взрывчатых веществ;

      использование естественной обводненности горных пород и взрываемых скважин;

      использование неэлектрических систем инициирования для ведения взрывных работ в подземных условиях.

      Достигнутые экологические выгоды

      Использование перечисленных техник как по отдельности, так и в совокупности позволяет достигнуть значительного снижения выбросов в атмосферу пыли неорганической и уменьшить объемы выбросов оксида азота N2O3, диоксида азота NO2 и оксида углерода СО, снизить перерасход ВВ, дизельного топлива и бурового инструмента, уменьшить объем образования отходов.

      Экологические показатели и эксплуатационные данные

      К технологическим мероприятиям относят способы управления действием взрыва. Высокая интенсивность пылегазообразования при взрывных работах обусловлена тем, что энергия ВВ, как правило, расходуется нерационально. При обычном взрывании лишь 6-7 % потенциальной энергии ВВ расходуется на отрыв и дробление горной массы. Отмечается сильное проявление бризантного действия ВВ, сопровождающееся глубоким дисперсионным изменением больших по размерам зон разрушаемого массива, которые являются мощными очагами пылеобразования. Недоиспользование энергии взрыва сопровождается неполным сгоранием ВВ и, как следствие, образованием большого объема газов. Сущность управления действием взрыва сводится к увеличению используемой доли потенциальной энергии взрыва ВВ. Эта цель достигается увеличением времени действия на массив и направлением сил взрыва на выполнение полезной работы. К этим мероприятиям относят:

      1. Уменьшение количества взрывов путем укрупнения взрывных блоков, например, за счет взрывания высоких уступов (от 30 м и более), что способствует уменьшению в 1,25 раза высоты пылегазового облака и уменьшению образования оксидов азота. Впервые взрывание высоких уступов в зажатой среде в условиях железорудных карьеров Кривбасса было осуществлено па ЦГОКе и ЮГОКе. Впоследствии оно было внедрено и на других горно-обогатительных комбинатах бассейна. Переход на взрывание высоких уступов, как показала практика расконсервации юго-западного борта карьера "Мурунтау", ведет к уменьшению на 15–20 % количества окислов азота, выбрасываемых в атмосферу. Увеличение в этом случае степени полезного использования энергии взрыва способствует уменьшению зоны переизмельчения (пластических деформаций) и, как следствие, снижению высоты пылегазового облака, т. е. количества выбрасываемой пыли. Высота подъема пылегазового облака зафиксирована в 1,2 раза меньшей по сравнению с методом взрывания 10–15-метровыми уступами. Концентрация пыли в атмосфере карьера при взрывании 10–15-метровыми уступами составила 3300 мг/м3, а при взрывании тех же пород 20–30-метровыми уступами – снизилась в 1,3–1,4 раза.

      2. Применение взрывчатых веществ с нулевым или близким к нему кислородным балансом (граммонит, игданит и др.), что будет способствовать уменьшению (до 2-9 раз) количества образующихся вредных газов при взрывах в любых горнотехнических условиях. В частности, экспериментальными замерами установлено, что при взрывании простейших (игданит и т.п.) и эмульсионных взрывчатых веществ происходит значительно меньшее загрязнение окружающей среды, чем при взрывании промышленных тротилосодержащих ВВ. Так, например, при взрыве 1 кг гранулотола в атмосферу карьера выделяется порядка 200 л, а при взрыве 1 кг граммонита 79/21 – порядка 100–140 л ядовитых газов в пересчете на условную окись углерода. Аналогичным образом объем ядовитых газов при взрывании простейших и эмульсионных ВВ оказывается значительно меньшим и составляет 30–50 л/кг.

      3. Взрывание на неубранную горную массу, т. е. на подпорную стенку из ранее разрушенной горной массы. При взрывании в зажатой среде процесс трещинообразования происходит более равномерно по всему массиву, так как трещины, расположенные вблизи заряда, полностью не раскрываются и практически не препятствуют распространению поля напряжений к удаленным точкам.

      Ширина подпорной стенки должна быть не менее 20 м. При ширине подпорной стенки до 20–30 м резко сокращается или вообще не образуется вторичное пылегазовое облако (отсутствие пылевыделения со стороны развала) и на 2–3 ч после взрыва на нижней отметке взорванного уступа сокращается время снижения концентрации СО до предельно допустимого уровня.

      Таблица 5.6. Влияние подпорной стенки на показатели взрывания пород

№ п/п

Крепость пород, f

Ширина подпорной, м

Ширина развала, м

Процентное содержание фракций с размером куска, мм

<200

201–400

400> 400

1

2

3

4

5

6

7

1

13–15

0

35–40

66,0

13,3

20,7

2

15–20

17–19,5

70,5

19,8

9,7

3

12–14

20–30

6–15

72,1

18,3

9,6

4

10–12

30–35

0–5

75,3

16,5

8,2


      В условиях одного самых крупных в мире золоторудных карьеров "Мурунтау" были проведены экспериментальные взрывы по установлению влияния условий взрывания (в зажатой среде и на свободную поверхность уступа) на объем пылегазового облака. Для фиксации процесса формирования облака во времени была использована скоростная киносъемка.

      Взрываемые породы были представлены кварцево-слюдистыми сланцами крепостью f=9–10. Половина блока взрывалась на подобранный забой, другая часть – подпор из ранее взорванной горной массы. Объем экспериментального блока составил 115 тыс. м3, сетка скважин – 7х7 м, средняя высота уступа – 10,5 м, перебур – 2 м, в качестве ВВ применялся гранулит С–6М. Схема взрывания – диагональная с интервалом замедления между рядами 35 мс.

      Расшифровка данных кинограмм показала, что формирование пылегазового облака на участке блока с подобранным забоем уступа закончилась к 5–й секунде. При этом формирование облака наблюдается не только за счет выбросов из верхней части площадки уступа, но и за счет взметывания пыли с нижнего горизонта под действием газов взрыва, прорвавшихся из откоса уступа и формирования развала из пород бокового откоса уступа. Высота подъема пылегазового облака в этом случае составила 320 м, его объем – 3.8 млн м3. На участке взрываемого блока в зажатой среде формирование облака закончилось за 3 с, высота его подъема была равна 280 м, а объем – 2.6 млн м3. Снижение объема пылегазового облака произошло за счет отсутствия выбросов пыли из боковой поверхности уступа, а также падений кусков породы на его нижнюю площадку.

      При взрывании в зажатой среде уступов различной высоты данными скоростной киносъемки установлено отсутствие пылеобразования, как правило, в направлении формирования развала взорванных пород, что снижает объем пылегазового облака на 30–35 %.

      Экспериментальными замерами установлено, что концентрация пылевидных частиц в момент массового взрыва изменяется во времени следующим образом: в начальный момент взрыва на карьере достигает значений – 2500 мг/м3, через 30 мин – 850 мг/м3. Содержание пылевых частиц размером до 1,4 мкм на расстоянии до 100 м от взрываемого блока составляет 56 %, а размером более 60 мкм – только 2,3 %. На расстоянии 500 м от взрываемого блока содержание частиц пыли до 1,4 мкм составляет более 84 %, а частиц крупнее 60 мкм – 0,3 %. Это обусловлено тем, что под действием сил гравитации крупные фракции из облака осаждаются на поверхность уступа в более ближней от места взрыва зоне [30].

      Организационные мероприятия включают:

      1. Внедрение компьютерных технологий моделирования и проектирования рациональных параметров буровзрывных работ. Данные программные комплексы позволяют решать следующие задачи:

      проектирование буровзрывных работ, включающее в себя расчет необходимых параметров БВР (массы скважинного заряда, конструкции заряда, расстояния между скважинами в ряду и радами скважин и т. д.);

      прогнозировать траекторию разлета и развала горной массы;

      прогнозировать гранулометрический состав взорванной горной массы при проектировании, сравнивать с фактическим результатом, и производить дальнейшую корректировку параметров БВР;

      прогнозировать скорость смещения грунта в основании охраняемых объектов;

      производить отслеживание смещения пород при производстве взрывных работ на карьерах.

      2. Перенос времени взрыва на период максимальной ветровой активности, что способствует сокращению времени проветривания карьеров на 15–20 %. Практика показывает, что производство массового взрыва в карьере предпочтительно производить в период максимальной ветровой активности. Для условий карьера "Мурунтау" этот период приходится на временной промежуток между 12–13 часами дня. Однако по технологическим условиям, ограничениям и производственной необходимости время выполнения взрывных работ в карьере назначено на 16 часов. В связи с этим использование только этого резерва должно уменьшить по предварительным подсчетам запыленность атмосферы карьера после производства массовых взрывов в среднем на 15–20 %. Рассеивание же пылегазового облака при этом нужно осуществлять вентиляционными установками, создающими свободные водовоздушные струи, которые обеспечивают интенсификацию процесса газовыделения с одновременным подавлением пыли.

      3. Использование забоечного материала с минимальным удельным пылеобразованием (например, замена шламов хвостохранилищ, буровой мелочи и т. п. на мелкую щебенку или песчаноглинистую забойку, что способствует сокращению пылевыделения). Использование инертной забойки скважин не менее 16 %. Добавка различных нейтрализаторов в забоечный материал. К ним относится известь-пушонка и неочищенная соль, обеспечивающие снижение образования ядовитых газов.

      Инженерно-технические мероприятия включают:

      1. Для связывания пылевидных частиц предлагается производить обработку поверхности взрываемого блока химическими реагентами (спиртовая барда, растворы поверхностно–активных веществ и др.) и орошение зоны выпадания пыли из пылегазового облака водой или пылесмачивающими добавками из расчета 10 л воды на 1 м2 площади орошения [44]. В этом случае на поверхности блока образовывается "корка" толщиной 20–30 мм, которая коагулирует пылевидные частицы и тем самым предотвращает их попадание в атмосферу при взрыве. Эти данные подтверждаются данными киносъемок и замерами концентрации пыли после производства взрывов на карьере "Мурунтау". В частности, уменьшается на 25–30 % выброс пыли в атмосферу карьера, на 15–20 % снижается высота подъема пылегазового облака. Зону орошения рекомендуется устраивать на расстоянии 50–60 м от границы взрываемого блока. Более точно расстояние от границы взрываемого блока (м), на котором выделяется пыль за счет взметывания ударной волной, находится расчетным способом. Кроме орошения водой взрываемый блок и прилегающие к нему участки покрывают пеной с использованием пеногенераторов. Толщина слоя пены на горизонтальных поверхностях составляет около 1 м на откосах 0,4– 0,6 м [45].

      2. Подавление пыли, выделившейся в атмосферу карьера с пылегазовым облаком, можно осуществить с помощью гидрозавес, создаваемых вентиляторами-оросителями, дальнеструйных установок, установками импульсного дождевания и другими установками пылеподавления [44]. Этот способ заключается в том, что в воздушную струю, создаваемую установками искусственного проветривания, вводится вода, которая воздушным потоком разбивается на мелкие капли. При этом создается как бы объемный фильтр, в котором мелкие капли воды, соударяясь с витающими в воздухе пылинками, утяжеляют последние и падают вместе с ними на взорванную горную массу или площадки и откосы карьера. Воздушное пространство обрабатывают до взрыва, в момент и после взрыва. Эксперименты в промышленных условиях показали, что благодаря предварительной обработке воздуха над местом массового взрыва образуется зона инверсии, которая препятствует выходу пылегазового облака за пределы карьера. При последующей работе вентиляторов-оросителей в течение 35–40 мин возможно полностью устранить опасное загрязнение пылью. Эффективность пылеподавления при использовании достигает 70–80 % [31].

      Наряду с орошением осуществляется местное искусственное проветривание участков, прилегающих к взорванному блоку, что позволяет помимо пыли снизить концентрацию вредных газов, скопившихся в застойных зонах. Сокращение времени проветривания взорванных блоков возможно при интенсификации процесса газовыделения из развала горной массы. Для этого следует осуществить полив горной массы через 1–2 ч после взрыва с расходом 50 л/м3 (кроме руд и пород с примесью глинистых частиц). Полив горной массы позволяет интенсифицировать процесс газовыделения на 25–40 % [45].

      Пылеподавление взвешенной в атмосфере горных выработок пыли осуществляют путем орошения водой и растворами с использованием различных технических средств: вентиляторов-оросителей, гидроионаторов, передвижных оросительных установок на пневмо- и рельсовом ходу. Также пылеподавление в рудничной атмосфере шахты можно осуществить использованием генератора водяного тумана для снижения запыленности в забое при проведении взрывных работ. Использование такого способа показано на рисунке 5.7. Для работы генератора тумана используют сжатый воздух и воду, пропуская их через сопло. Форсунка устанавливается на расстоянии около 30 м от забоя, и подача тумана начинается перед взрывом, а прекращается через 20–30 минут после взрыва. Данный способ позволяет достаточно эффективно снижать концентрацию пыли в подземных условиях.

     


      Рисунок 5.7. Генератор тумана, используемый для снижения пыли в забое

      Другой способ уменьшения запыленности при проведении подземных взрывов, который стал использоваться позднее других – фильтрация загрязненного воздуха, удаляемого вентиляцией (рисунок 5.8).

     


      Рисунок 5.8. Воздухоочистительная установка, размещенная на сопряжении у устья выработки по ходу вентиляционной струи

      Одна из таких вентиляционных установок, используемых на подземном руднике в ЮАР, включает в себя противоаэрозольный фильтр (для улавливания пыли) и слой сорбента из вермикулита, обработанного карбонатом натрия и калия (для улавливания соединений азота).

      На рисунке 5.9 показан другой метод. Фильтры располагаются вне вентиляционной системы на расстоянии 30 м от груди забоя и форсунка распыляет воду на них (направление распыления совпадает с направлением движения воздуха). Эти фильтры используются только во время взрыва, и диаметр воздуховода, в котором они располагаются, примерно в 2 раза больше диаметра вентиляционной трубы системы. Сравнительно недавно для тех же целей стали использовать сухие фильтры.

     


      Рисунок 5.9. Воздухоочистительная установка, размещенная в забое выработки

      Применение водяной забойки (гидрозабойки) включает три ее разновидности: внешнюю, внутреннюю и комбинированную.

      1. Процесс выполнения внешней гидрозабойки включает размещение над устьями скважин полиэтиленовых рукавов с водой диаметром 900 мм и более. Толщина полиэтиленовой пленки должна быть не менее 0,1 мм. Наполнение рукавов водой осуществляется с помощью поливочной машины, оборудованной гидронасосом. Высота слоя воды в уложенном рукаве составляет 200–230 мм. Каждая емкость взрывается специальным зарядом на несколько миллисекунд раньше основного заряда. При расходе воды 0,001–0,0015 м33 горной массы концентрация пыли в пылегазовом облаке сокращается на 20–30 %, а количество образующихся окислов азота уменьшается в 1,5–2 раза.

      2. Внутренняя гидрозабойка скважин представляет собой полиэтиленовый рукав, диаметр которого на 15 мм больше, чем диаметр скважины и длиной на всю ее неактивную часть. Такая конструкция позволяет снизить боковые напряжения на полиэтиленовый рукав. Толщина полиэтиленовой пленки должна быть не менее 0,2 мм. Для большей надежности следует применять полиэтиленовую пленку толщиной до 0,4 мм. Расход воды 0,0009–0,001 м33 горной массы. Внутренняя водяная забойка шпуров осуществляется помещением в них специальных ампул, наполненных водой или гелем. При подземной добыче использование таких емкостей уменьшает концентрацию пыли на 40–60 %.

      3. Комбинированная гидрозабойка представляет объединение внешней и внутренней гидрозабойки скважин.

      Эффективность гидрообеспыливания при взрыве заряда массой до 300 кг с помощью внешней гидрозабойки – 53 % (удельный расход воды 1,38 кг/м3 горной массы), внутренней – 84,7 % (удельный расход воды 0,78 кг/м3), комбинированной – 89,4 % (удельный расход воды 1,04 кг/м3). При взрыве зарядов массой 450–620 кг эффективность внутренней гидрозабойки составляет 50,4 % (расход воды 0,46 кг/м3) [45].

      Сокращение пылевыделення в процессе взрыва возможно также за счет применения гидрогеля для внутренней гидрозабойки скважин. Гидрогель включает аммиачную селитру – 4 %, жидкое стекло – 8 %; синтетические жирные кислоты – 2 %, воду – 86 %. Для получения гидрогеля используется специальная установка. С целью повышения эффективности пылегазоподавления, снижения стоимости гидрогеля и предотвращения взаимодействия его с ВВ в состав гидрогеля вводятся добавки минеральных солей, смыленных синтетических жирных кислот и парафина. Гидрогель изготавливают на специальном заправочном пункте или непосредственно в баках машины, предназначенной для заполнения скважин гидрогелем. Заправочный пункт – это стационарное сооружение, состоящее из двух бункеров с дозаторами и устройствами для подачи воды и гелеобразующих компонентов. Эффективность гидрогелевой забойки при ее высоте 2–4 м достигает 34–54 %.

      В зимний период следует применять в качестве гидрозабойки водные растворы солей NаС1 и СаСI2. В таблице 5.7 приведены рекомендации по расходу данных солей.

      Таблица 5.7. Расход солей для гидрозабойки при отрицательных температурах воздуха

№ п/п

Соль

Количество соли (г) на 1 кг воды, для температур, 0С

–5

–10

–15

–20

–25

–30

–40

–50

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1

NaCl

84

160

230

390

2

CaCl2

100

170

220

271

310

340

380

415


      Применение гидрозабойки затруднено в период отрицательных температур. В этих условиях возможно в качестве забоечного материала использовать снежно-ледяную забойку.

      Наиболее распространенный способ уменьшения концентрации пыли и газов в шахтах при проведении взрывных работ – их рассеивание и удаление вентиляционной струей или разубоживание в рудничной атмосфере. При производстве подземных горных работ и выдаче воздуха вентиляционным стволом на частицах пыли конденсируется влага, что способствует при движении газопылевого потока укрупнению частиц пыли и ее осаждению. Особенно сильно такое обеспыливание происходит при снижении температуры воздуха, когда на частицах пыли происходит конденсация паров воды с дальнейшей их коагуляцией и осаждением в центробежном циклоне. В процессе прохождения струи воздуха на подъем по стволу температура воздуха снижается на 0,9 °C при каждых 100 м. Соответственно, относительная влажность растет, в стволе возникает точка росы, и влага (каплями и туманом), захватывая пыль, копулирует ее. Увеличиваясь в массе, аэрозоль выпадает в зумпф, откуда по системе водоотлива удаляется из рудника. Таким образом наибольшим пылеочистным эффектом будет обладать глубокий ствол или шурф при высокой скорости воздуха и высоком влагосодержании воздуха (содержании как водяных паров, так и капельножидкой влаги). Пыль целиком локализуется внутри общешахтного пространства. Объясняется этот процесс адиабатическим расширением объема воздуха при выходе из глубины на дневную поверхность.

      В настоящее время для механизации и оптимизации взрывных работ широко применятся смесительно-зарядные машины, предназначенные для раздельной транспортировки к местам производства взрывных работ невзрывчатых компонентов (эмульсии, аммиачной селитры, дизельного топлива и газогенерирующей добавки, загружаемых на заводе изготовления эмульсии или на стационарном пункте), изготовления из них в месте производства взрывов (карьеры, стройплощадки) промышленных ВВ и механизированного заряжания ими сухих и обводненных скважин диаметром не менее 90 мм при температуре окружающей среды от –40 °С до +40 °С. Технология заряжания для СЗМ выглядит следующим образом. После опускания зарядного шланга в скважину включаются насосы, дозирующие эмульсию и газогенерирующую добавку, перемешивание которых осуществляется при прохождении через статический смеситель. Далее поток через барабан шлангоизвлекателя направляется по зарядному шлангу в скважину. При этом для снижения сопротивления перемещению ЭВВ по зарядному шлангу после статического смесителя перед входом в барабан в тракт подачи при помощи насоса впрыскивается раствор водяного орошения (или горячая вода), выполняющий роль смазки. Для обеспечения сплошности колонки заряда необходимо синхронизировать производительность эмульсионного насоса, подающего ЭВВ в скважину, и скорость подъема зарядного шланга. При изготовлении в СЗМ смесевых ЭВВ в шнек, дозирующий аммиачную селитру, при помощи насоса через форсунки подается дизельное топливо, после чего АСДТ (смесь аммиачной селитры с дизельным топливом) в смесительном шнеке перемешивается с эмульсией, вышедшей из статического смесителя. Смесь АСДТ закачивается при помощи насоса в скважину по зарядному шлангу "под столб воды", либо подается в нее сверху при помощи подающего шнека.

      На рынке присутствуют СЗМ различного типа, изготовленные как зарубежными компаниями ("Дино Нобель", ЕТI, МSI), так и российскими производителями (КНИИМ, НИПИГОРМАШ, ЗАО "Нитро Сибирь" и Белгородский завод сельскохозяйственного машиностроения). Эти машины работают на предприятиях АО "ССГПО", угольных разрезах центрального и южного Кузбасса, в карьерах ОАО "Ураласбест", ОАО "Апатит", ГУП "Якутуголь", на Лебединском, Качканарском, Ковдорском ГОКах и других горных предприятиях.

      Еще одна из техник состоит в применении системы устройств и методов передачи неэлектрического инициирующего импульса от первичного инициатора через ударно-волновую трубку к промежуточному неэлектрическому детонатору. Неэлектрические системы инициирования в сравнении с традиционными обусловлены более высокой надежностью, безопасностью и позволяют создавать схемы короткозамедленного взрывания зарядов с высокими возможностями управления энергией взрыва.

      Несмотря на то, что настоящая техника не имеет прямого экологического эффекта, она является наилучшей доступной технологией ведения горных работ и обеспечивает стабильную и надежную работу, снижая тем самым риск возникновения нештатных и аварийных ситуаций, последствия которых самым неблагоприятным способом сказываются на окружающей среде [31].

      Технические соображения, касающиеся применимости

      Значительная часть техник общеприменима, внедрена и широко применяется практически на всех горнодобывающих предприятиях Казахстана. Могут использоваться как по отдельности, так и в совокупности. Масштабность и эффективность способов борьбы с пылевыделением связана с обеспечением ритмичной поставки необходимых жидкостей и химических реагентов на объект, а также наличием механизированных средств обработки поверхности взрываемых блоков.

      Гидрообеспыливание не применимо для процессов, в которых используются руды/концентраты, содержащие достаточное количество естественной влаги, чтобы предотвратить пылеобразование. Применение также ограничено в период отрицательных температур.

      Пылеподавление растворами ПАВ, полимерными веществами, эмульсиями и другими химическими реагентами, создающими на поверхности материала корку, определяется экономической целесообразностью.

      Экономика

      В зависимости от применяемого метода в каждом конкретном случае. Большая часть техник не требует существенных капитальных вложений и носит организационный характер.

      Движущая сила внедрения

      Требования экологического законодательства. Снижение выбросов неорганической пыли.

5.5.1.3. Технические решения для предотвращения и/или снижения неорганизованных выбросов при транспортировке, погрузочно-разгрузочных операциях

      Описание

      Методы или совокупность методов, применяемых для предотвращения неорганизованных выбросов в атмосферу при транспортировке сырья, а также погрузочно-разгрузочных операциях.

      Техническое описание

      К основным источникам неорганизованных выбросов относятся:

      системы транспортировки, погрузки и разгрузки горной массы;

      взвеси дорожной пыли, поднимаемой при эксплуатации транспортных средств;

      газы при работе автотранспортных средств и тяговых средств железнодорожного транспорта с двигателями внутреннего сгорания.

      Погрузочно-разгрузочные работы сопровождаются значительным выделением пыли. Максимальное количество пыли выделяется при работе экскаваторов, несколько меньшее – бульдозеров.

      Автотранспорт при транспортировке горной массы поднимает большое количество пыли. Автомобильные дороги на карьерах, использующих автотранспорт, занимают одно из первых мест в балансе пылевыделения по всем источникам выделения пыли в карьере. На их долю приходится 70–90 % всей выделяемой пыли.

      Образование пыли при конвейерной доставке обусловливается сдуванием пыли с транспортных поверхностей самого конвейера, в местах перегрузки с одного конвейера на другой, либо при загрузке конвейера.

      При комбинированном транспорте причины запыленности и загазованности связаны с каждым из видов транспорта, входящим в комбинацию и, кроме того, с большим количеством выделяемой пыли в пунктах перегрузки с одного вида транспорта на другой. При всех видах карьерного транспорта большое количество пыли выделяется в местах разгрузки горной массы и при ее складировании.

      К мерам, применяемым по предотвращению загрязнения окружающей среды при выемочно-погрузочных работах, транспортировке/перемещении сырья и материалов, относятся:

      оборудование эффективными системами пылеулавливания, вытяжным и фильтрующим оборудованием для предотвращения выбросов пыли в местах разгрузки, перегрузки, транспортировки и обработки пылящих материалов;

      применение предварительного увлажнения горной массы, орошение технической водой, искусственное проветривание экскаваторных забоев;

      применение стационарных и передвижных гидромониторно-насосных установок на колесном и рельсовом ходу;

      применение различных оросительных устройств для разбрызгивания воды в зоне стрелы и черпания ковша экскаватора;

      организация процесса перевалки пылеобразующих материалов;

      пылеподавление автомобильных дорог путем полива технической водой;

      применение различных поверхностно-активных веществ для связывания пыли в процессе пылеподавления забоев и карьерных автодорог;

      укрытие железнодорожных вагонов и кузовов автотранспорта;

      применение устройства и установки для выравнивания и уплотнения верхнего слоя грузов при транспортировке в железнодорожных вагонах и др.;

      очистка автотранспортных средств (мойка кузова, колес), используемых для транспортировки пылящих материалов;

      применение различных видов и типов конвейерного и пневматического транспорта для перевозки горной массы;

      проведение замеров дымности и токсичности автотранспорта и контрольно-регулировочных работ топливной аппаратуры;

      применение каталитических технологий очистки выхлопных газов ДВС.

      Достигнутые экологические выгоды

      Использование перечисленных техник позволяет достигнуть значительного снижения выбросов в атмосферу пыли неорганической и уменьшить объемы выбросов оксидов азота NOX и оксида углерода СО.

      Экологические показатели и эксплуатационные данные

      Для предупреждения пылевыделения на автодорогах и подавления пыли применяют следующие способы: орошение дорог водой, растворами гигроскопических солей; обработку поверхности дорог различными эмульсиями. Пылеподавление водой является одним из наиболее распространенных мероприятий по снижению пылевой нагрузки на горнодобывающих предприятиях. Эффективность пылеподавления водой оросителями в зависимости от ветроустойчивости покрытия достигает до 95 %.

      Обработка карьерных автодорог пылеподавляющими веществами заключается в подготовке полотна дороги и поверхностной его обработке. Бульдозером или автогрейдером производится уборка просыпей горной массы и выравнивание полотна дороги. Затем рыхлителями разрушается верхний укатанный слой покрытия на глубину 4–5 см. После этого обрабатывается пылеподавляющим веществом, которое наносится из перфорированной трубы поливочной машины самотеком во избежание образования в воздухе аэрозоля этого вещества. Расход пылеподавляющего вещества при первичной обработке 2,0–5,0 л/м2, при последующих обработках – 1,2–2,5 л/м2. Наиболее часто для полива автодорог используются поливочные машины на базе БелАЗ, КамАЗ. Забор воды на пылеподавление осуществляется из зумпфов-отстойников, находящихся внутри разреза и временного зумпфа-накопителя, расположенного на поверхности.

      Мокрый способ рекомендуется применять в теплое время года с помощью поливомоечных машин, работающих в режиме мойки. На участках постоянных технологических автодорог со значительным водопритоком рекомендуется использовать стационарный оросительный водопровод с автоматическим управлением электрозадвижками подачи воды.

      Сухой способ очистки дорог применяется в районах ограничения применения воды и в холодный период года. Очистка производится легкими или средними бульдозерами, автогрейдерами, универсальными фрезерными погрузчиками или снегопогрузчиками с лаповыми питателями. Уборку пыли на автодорогах с жесткими и промерзшими покрытиями рекомендуется производить подметально-уборочными машинами.

      В зимнее время при отсутствии обычного снега возможно снижение запыленности с использованием искусственного снега, образуемого с помощью снегогенераторов. Пылеподавление искусственным снегом может осуществляться как путем воздействия на взвешенную в воздухе пыль, так и путем экранирования разрыхленной горной массы посредством покрытия ее снегом перед экскавацией и погрузкой. Применение такой установки снижает запыленность воздуха в рабочей зоне экскаватора типа ЭКГ-8И на 96,5 %.

      Для уменьшения пылеобразования на автодорогах с твердым покрытием необходимо своевременно убирать просыпи горной массы дороги, а также производить ее очистку от грязи, используя для этого поливочные и уборочные машины с металлическими щетками.

      Для борьбы с пылеобразованием при использовании железнодорожного транспорта применяют закрепление поверхности транспортируемой горной массы пылесвязующими материалами, укрытие пленкой, а также увлажнение водой поверхностного слоя транспортируемого материала.

      Переход на конвейерный транспорт позволит снизить неорганизованные выбросы перегрузочных пунктов, уменьшив их количество или вообще исключив, количество одновременно работающей погрузочной техники, количество технологических поездов и эксплуатационные затраты на транспортировку горной массы. Применение данной технологии может позволить:

      снизить эксплуатационные затраты при транспортировке 1 т горной массы на 1 км более чем на 25 %;

      сократить себестоимость рудного концентрата на 18 %;

      увеличить объемы перевозимой горной массы при снижении количества единиц техники;

      сократить объемы образования отходов (вскрыши) на 50 %;

      сократить объемы выбросов пыли на 33 %.

      При конвейерном транспорте для предотвращения сдувания пыли воздушными потоками с поверхности транспортируемого материала применяют различные укрытия конвейеров, которые полностью закрывают рабочую и холостую ветви конвейера. Сокращение пылевыделения с холостой ветви конвейера осуществляют путем очистки ленты от налипшего материала. Пункты перегрузки с конвейера на конвейер оборудуют аспирационными укрытиями.

      Одним из эффективных способов предупреждения пылевыделений при транспортировке конвейерным транспортом является увлажнение сыпучих материалов до оптимальной влажности. Повысить эффективность орошения и увлажнения можно за счет применения растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ), например, 0,025 %-ного раствора смачивателя "Прогресс", 0,3 %-ного раствора полиакриламида, 0,5 %-ного раствора ДБ и др. Увлажнение материалов до оптимальной влажности позволяет в десятки раз уменьшить интенсивность пылевыделения и предотвратить срыв пыли с поверхности транспортируемого материала даже при значительной относительной скорости воздушного потока (до 6,5 м/с).

      Почти на всех карьерах для снижения пылеобразования при погрузочно-разгрузочных работах применяется гидроорошение. Для этой цели используются гидроустановки на железнодорожной платформе, шасси автосамосвалов. Установка на базе самосвала с цистерной емкостью 24–25 м3 обеспечивает орошение навала горной массы на забоях трех экскаваторов. В гидроустановках используются водометные стволы различной конструкции, гидромониторы, а также пожарные стволы. В некоторых случаях в качестве водометного устройства используется агрегаты типа ДДН, применяемые в сельскохозяйственной дождевальной машине. При использовании гидромониторов с насадкой 25 мм, подключенных к водопроводной сети под давлением 4–8 ат, запыленность снижается в 5–6 раз. При использовании пожарного насоса типа ПН-25 с пожарным стволом дальность струи достигает 50–60 м, а расход воды в пределах 95–140 м3/ч. При разгрузке горной массы, укладке в отвал пылеобразование можно снизить увлажнением водой с использованием передвижных или стационарных установок.

      Для предупреждения пылевыделения при ведении экскаваторных работ увлажнение разрыхленной горной массы в развале осуществляется в основном путем ее орошения с использованием передвижных стационарных оросительных установок. Увлажнение горной массы в развале с одновременной ее дегазацией после взрыва возможно с использованием передвижных вентиляционно-оросительных установок. При этом наряду со снижением пылеобразования эта схема позволяет в 3–4 раза сократить время простоя оборудования после проведения массового взрыва. Увлажнение горной массы в экскаваторных забоях карьеров осуществляется с использованием передвижных гидромониторно-насосных установок на колесном и рельсовом ходу. При применении на карьере железнодорожного транспорта используют гидропоезд с 5–6 цистернами общей вместимостью 250–300 м3 воды. Они оборудованы двумя оросительными установками типа ДДН-70 или ДДН-50 производительностью 300 м3/ч каждая и дальнобойностью струи 50–70 м. Ствол гидромонитора ГМН поворачивается на 360 0 в горизонтальной плоскости и на 120 0 в вертикальной. Для изменения параметров водяных струй гидромониторов предусмотрены сменные насадки диаметром от 40 до 60 мм. На карьерах, использующих автотранспорт, применяются оросительные гидромониторные установки на базе автосамосвалов различной грузоподъемности. Например, увлажнение путем поверхностного орошения с помощью поливооросительных машин, оборудованных гидромонитором, например, автомобилей БелАЗ-7648 (емкостью 32 м3). До 25 % экскавируемой горной массы в летний период подлежит орошению водой. Радиус разбрызгивания струи воды – 60 м. Снижение загрязнения атмосферного воздуха пылью до 10 г/т добываемой горной массы. Емкостью служит герметизированный кузов автосамосвала; действие насоса, подающего воду к гидромонитору, осуществляется с использованием приспособления отбора мощности. Забой орошается в большей степени в его верхней части; нижняя часть увлажняется за счет стока воды к подошве забоя. Средства орошения следует располагать на верхней или нижней площадке уступа с учетом направления ветра относительно забоя и экскаватора в удобном для размещения месте или непосредственно на спланированном с помощью бульдозера уступе. Заправку поливооросительных автомобилей водой предусматривается частично производить из зумпфов-отстойников карьерных вод, расположенных в выработанном пространстве и временного зумпфа-накопителя, расположенного на поверхности [45].

      Увлажнение горной массы при перегрузке ее и погрузке на складах осуществляется, как правило, с использованием стационарных оросительных установок. Для этого на территории склада имеются емкости для воды, установлены стационарно насосы, сеть трубопроводов и гидромониторы. Для снижения вредного влияния на окружающую среду открытые склады могут быть оборудованы защитными противопылевыми оградами.

      Для снижения загрязнения атмосферы выхлопными газами автомобилей используются: нейтрализация выхлопных газов термокаталитическим окислением, использование нетоксичных или малотоксичных антидетонирующих добавок к топливу, а для дизельных двигателей антидымных присадок, магнитная обработка топлива.

      Магнитная обработка автомобильного топлива позволяет снизить токсичность выхлопных газов до 50 %.

      Значительное снижение токсичности отработавших газов можно при использовании нейтрализаторов различных конструкций. При каталитической нейтрализации выхлопных газов окись углерода переходит в двуокись, углеводороды окисляются до воды и двуокиси углерода, окись азота восстанавливается до молекулярного азота.

      Химические реакции протекают следующим образом:

      2CO + O2 = 2CO2

      CxHy + O2 → CO2 + H2O

      2NO + 2CO = N2 + 2CO2

      Наиболее эффективным является использование платиновых катализаторов. Они позволяют обезвредить выхлопные газы от токсичных веществ на 96–98 %. Каталитические нейтрализаторы обеспечивают эффективность очистки окиси углерода до 75 %, углеводородов – до 70 % и альдегидов – до 80 % при температуре отработавших газов выше 300 оС.

      Регулировку топливной аппаратуры двигателей внутреннего сгорания для обеспечения наиболее полного сжигания топлива следует осуществлять систематически. Ежесменно при выходе автомобилей на линию требуется контролировать содержание токсичных примесей в отработавших газах и в случае отклонения от установленных нормативов проводить регулировку.

      Присадка к топливам обеспечивает их более полное сгорание и уменьшение содержания в отработавших газах токсичных компонентов. Например, установлено, что применение присадки типа ИХП к топливу, используемому в дизельных двигателях, позволяет уменьшить дымность вдвое. Применение для дизельных двигателей топливно-водяных эмульсий, содержащих 15–20 % воды, также значительно уменьшает содержание вредностей в отработавших газах [46].

      Кросс-медиа эффекты

      Потребность в дополнительных объемах ресурсов и материалов.

      Наличие систем нейтрализации отработавших газов снижает мощность двигателя.

      Технические соображения, касающиеся применимости

      Представленные методы (конструктивные и технические решения) применимы при технической возможности и экономической целесообразности, могут использоваться как по отдельности, так и в совокупности.

      Экономика

      В каждом отдельном случае стоимость техники индивидуальна.

      В 2020 году на Михайловском ГОКе открыли уникальный дробильно-конвейерный комплекс. Производительность комплекса – 15 миллионов тонн руды в год, инвестиции в проект – 6 млрд рублей. В 2022 году "Металлоинвест" ввел в эксплуатацию комплекс циклично-поточной технологии (ЦПТ) на Лебединском горно-обогатительном комбинате. На реализацию инвестпроекта стоимостью около 14 млрд рублей потребовалось почти 5 лет.

      Движущая сила внедрения

      Требования экологического законодательства. Снижение выбросов неорганической пыли и выхлопных газов.

5.5.1.4. Техники, направленные на сокращение и (или) предотвращение неорганизованных выбросов при хранении руд и продуктов их переработки

5.5.1.4.1. Укрепление откосов ограждающих дамб хвостохранилищ с использованием скального грунта, грубодробленой пустой породы

      Описание

      Применение скального грунта, грубодробленой пустой породы при укреплении откосов ограждающих дамб хвостохранилищ, с целью сокращения площади пылящей поверхности.

      Техническое описание

      При строительстве и реконструкции хвостохранилищ, образующих каскады из двух и более отсеков, ограждающие дамбы, как правило, должны отсыпаться и наращиваться из крупнообломочных грунтов или скальной горной массы с устройством противофильтрационных элементов в виде вертикального ядра или наклонного экрана по верховому откосу. Наращивание дамб таких хвостохранилищ должно производиться только в сторону низового откоса, особенно в районах с продолжительным периодом среднесуточных температур ниже -5 оС. При отсутствии скальной вскрыши наращивание высоты дамб в каскаде может производиться только в сторону низового откоса совместно с наращиванием экрана. Отсеки, образующие каскад, должны иметь резервные объемы, достаточные для размещения селевого потока, образующегося при разрушении дамбы вышележащего отсека, или иметь аварийный водосброс (канал), обеспечивающий пропуск и отведение селевого потока в безопасное место, как это предусмотрено действующими строительными нормами и правилами.

      Достигнутые экологические выгоды

      Сокращение выбросов пыли с хвостохранилищ.

      Экологические показатели и эксплуатационные данные

      В 2020 году Северный горно-обогатительный комбинат провел работы по консервации пылящих карт хвостохранилища. Для снижения пыления новых карт хвостохранилища на предприятии применили технологию скального пригруза. В качестве "подушки" использовали отходы производства – хвосты. Для покрытия вторым слоем – скальную породу. По подсчетам экологической службы комбината, полуметровый слой щебня будет прочно удерживать свыше семи тонн пыли в год на сухой поверхности. Также реализовали мероприятие по засыпке скальными породами отработанных карт хвостохранилища.

      Кросс-медиа эффекты

      Сведения отсутствуют.

      Технические соображения, касающиеся применимости

      Применимо.

      Экономика

      В зависимости от применяемого метода в каждом конкретном случае.

      Движущая сила внедрения

      Сокращение выбросов пыли с хвостохранилищ. Экологическое законодательство.

5.5.1.4.2. Устройство лесозащитной полосы по границе земельного отвода вдоль отвалов рыхлой вскрыши (пос