На Красноярском алюминиевом заводе введен в эксплуатацию первый электролизер на инертных анодах вместо самообжига. Программа замены технологий «ЭкоСодерберг», которую реализует РУСАЛ, открывает путь для масштабной модернизации значительной части российской алюминиевой отрасли.
Применение инертных анодов не только позволяет полностью исключить выбросы парниковых газов при электролизе алюминия, но и обеспечивает выделение чистого кислорода. А сам алюминий при этом получается особой чистоты.
Содерберг с приставкой «Эко»
Технология «классического» Содерберга была разработана более ста лет назад и благодаря своей экономической эффективности сделала возможным массовое производство алюминия. Ее суть заключается в том, что угольный анод при электролизере самообжигается непосредственно в ванне с расплавом криолита и глинозема, спекается и становится проводником тока.
Принципиальная схема электролиза алюминия по Содербергу
При этом на катоде из оксида восстанавливается жидкий алюминий, а получившийся при расщеплении Al2O3 кислород на угольном аноде окисляется до CO и CO2. Также при реакциях выделяются бензапирен, соединения серы и фтористые газы.
Именно на этой технологии в 1960-е годы были построены крупнейшие отечественные алюминиевые гиганты – Братский, Иркутский и Красноярский заводы, которые на десятилетия обеспечили стране мировое лидерство в выпуске «крылатого металла».
Внедрение «Экологического Содерберга» позволило снизить выбросы фторидов на 75%
Между тем ученые и инженеры РУСАЛа усовершенствовали классическую технологию, создав ее экологичную версию – «ЭкоСодерберг». Благодаря оптимизации состава анодной массы, снижению содержания угольного пека и модернизации конструкций электролизеров с повышением их герметичности выбросы вредных веществ удалось снизить на десятки процентов, а по ряду параметров – в разы.
С 2016 года эта технология последовательно внедряется на алюминиевых заводах компании. В Красноярске, например, из 2233 действующих электролизеров 1954 работают именно по технологии «ЭкоСодерберг». Остальные – по технологии обожженных анодов.
Обожженные аноды: еще меньше выбросов
Второй ключевой технологией алюминиевой отрасли является технология предварительно обожженных анодов. В отличие от Содерберга, угольные аноды здесь обжигаются заранее в специальных печах. Это позволяет удалить летучие и смолистые вещества еще на стадии подготовки и делает процесс использования уже обожженных анодов в самих электролизерах более экологичным.
Одно из самых свежепостроенных предприятий – Богучанский алюминиевый завод в Красноярском крае – работает по технологии предварительно обожженных анодов
На обожженных анодах работают последний советский алюминиевый завод – Саяногорский, а также построенные уже в новейшее время Хакасский, Богучанский и Тайшетский алюминиевые заводы. А в самом Тайшете действует анодная фабрика.
На Красноярском алюминиевом заводе электролизеров, работающих на предварительно обожженных анодах, 279.
Вот так выглядят анодные блоки снаружи электролизеров
Обе технологии – и «ЭкоСодерберг», и обожженные аноды – объединяет одно: они основаны на использовании углеродных анодов. Именно поэтому алюминиевая отрасль остается крупным источником парниковых газов, ведь выделяющийся из оксида алюминия под воздействием электрического тока кислород вступает в реакцию с угольным (графит, антрацит, кокс) анодом, образуя углекислый газ и другие летучие соединения.
Инертные аноды: чисто во всех смыслах
Прорывной технологией стало использование инертных анодов, изготовленных из специальной металлокерамики, устойчивой к условиям электролиза алюминия. Они практически не вступают в химические реакции в процессе работы. Отсюда три их главных преимущества:
- Инертные аноды практически не выгорают и могут служить в десятки раз дольше угольных;
- Выделяющийся в процессе электролиза алюминия кислород не вступает в реакцию с материалом анода. В результате не образуются полиароматические углеводороды, в том числе бензапирен, а выделяется чистый кислород. При производстве тонны алюминия по такой технологии в атмосферу поступает около 900 кг кислорода;
- В получаемом таким способом алюминии практически отсутствуют примеси тяжелых металлов, которые в следовых количествах поступают в расплав при выгорании угольных анодов.
РУСАЛ начал испытывать технологию инертных анодов еще в 2017 году. Компании удалось добиться стабильного получения сортового алюминия марки А7Э (международный аналог – P1020) – наиболее востребованного в мире, что стало ключевым условием для масштабирования. За годы промышленных испытаний произведено более 6 тыс. тонн такого металла – его чистота превышает 99%.
Красноярский алюминиевый завод – один из крупнейших в мире. Сейчас он производит металл по технологиям «ЭкоСодерберг» и обожженных анодов. Но именно на КрАЗе сначала запустили опытное производство с инертными анодами, а сейчас и первый промышленный электролизер
В марте на КрАЗе ввели в промышленную эксплуатацию первый электролизер на инертных анодах для замены технологии «ЭкоСодерберг».
Как рассказали ДЕЛА в компании, электролизер размещен в существующую ячейку в корпусе электролиза без существенных доработок инфраструктуры. В планах – дальнейшее расширение применения инертных анодов на КрАЗе.
«Зеленый металл»: где и когда
При этом параллельно компания продолжает строительство Нового КрАЗа – двух корпусов на 352 электролизера РА-550. Как пояснили в РУСАЛе, это новое производство будет использовать не «ЭкоСодерберг» и не инертные аноды, а технологию предварительно обожженных анодов.
В Красноярске идет активное строительство новых корпусов алюминиевого завода с установкой двухступенчатой газоочистки с эффективностью 99,8%. Здесь будет применяться более экологичная технология электролиза – как на всех современных предприятиях
В компании отметили, что решение о тиражировании технологии инертных анодов в большом масштабе требует значительной проработки, поскольку цена ошибки здесь очень высока.
«Возможно, когда-то все новые производства будут только с инертными анодами», – добавили в компании.
Для глобального рынка алюминия переход на инертные аноды означает формирование отдельного премиального сегмента «особо чистого» и при этом еще и «зеленого металла». Уже сегодня зарубежные потребители готовы платить надбавку за продукцию с низким углеродным следом.
Инертные аноды позволяют получать особо чистый крылатый металл (например, без примеси ванадия, что заметно повышает электропроводность алюминия). К тому же при таком способе производства минимизированы углеродный след и другое вредное воздействие на окружающую среду
Технология, при которой на тонну алюминия вместо нескольких тонн углекислого газа и других летучих соединений выделяется около тонны кислорода, выглядит особенно привлекательной в контексте механизмов трансграничного углеродного регулирования и корпоративных ESG-метрик.
С точки зрения отрасли запуск первой «апгрейднутой» на новейшую экологичную технологию электролизной ванны – это уже революция и демонстрация работоспособности концепции производства алюминия на промышленном оборудовании .
Фото: РУСАЛ, ДЕЛА