VDI 2286 Blatt 1-2013 Emission control - Electrolytic aluminium reduction process.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREEmissionsminderungAluminiumschmelzflusselektrolyseEmission controlElectrolytic aluminium reduction processVDI 2286Blatt 1 / Part 1Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 2: EmissionsminderungVDI-RICHTLINIENZubeziehen durch /Avai

2、lable at BeuthVerlag GmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten /All rights reserved Verein Deutscher Ingenieuree.V.,Dsseldorf 2013Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nichtgestattet / Reproduction evenfor internal use not permittedDer Entwurf dieser Richtlinie wurde mit Ankndigung im Bundes-

3、anzeiger einem ffentlichen Einspruchsverfahren unterworfen.Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 13.040.40 August 2013Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 22 Normative Verweise . . . . . . . . . . . . . .

4、 33 Begriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Allgemeine Hinweise . . . . . . . . . . . . . . 35 Technologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35.1 Einsatzmaterialien. . . . . . . . . . . . . . 35.2 Nebenanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . 45.3 Verfahrensbeschreibung derAluminium

5、schmelzflusselektrolyse. . . . . 65.4 Art und Quelle der relevanten Emissionen . 136 Mglichkeiten zur Emissionsminderung . . . 166.1 Nebenanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . 166.2 Aluminiumschmelzflusselektrolyse. . . . . 177 Emissionswerte . . . . . . . . . . . . . . . . . 227.1 Emissionswerte

6、Nebenanlagen . . . . . . . 227.2 Emissionswerte der Aluminiumschmelz-flusselektrolyse . . . . . . . . . . . . . . . 238 Anleitung zur messtechnischen und kalkulatorischen Bestimmung derEmissionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258.1 Messtechnische Anleitung . . . . . . . . . 258.2 Kalkulatori

7、sche Bestimmung derEmissionen von PFC und SO2 . . . . . . . 37Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Normative references . . . . . . . . . . . . . 33 Terms and definitions . . . . . . . . . . . . . 34 General notes.

8、. . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35.1 Input materials . . . . . . . . . . . . . . . 35.2 Ancillary operations . . . . . . . . . . . . 45.3 Description of the electrolytic aluminiumreduction process . . . . . . . . . . . . . . 65.4 Types and source

9、s of relevant emissions . . 136 Emission control measures . . . . . . . . . . 166.1 Ancillary operations . . . . . . . . . . . . 166.2 Electrolytic aluminium reduction process . 177 Emission values . . . . . . . . . . . . . . . . 227.1 Emission values for ancillary operations . . 227.2 Emission valu

10、es for electrolytic aluminium reduction processes. . . . . . . 238 Instructions for the determination ofemissions by measurement and calculation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258.1 Emission measurement instructions . . . . 258.2 Determination of PFC and SO2 emissionsby calculation . . . . .

11、. . . . . . . . . . . 37Frhere Ausgaben: 12.98; 08.12 EntwurfFormereditions: 12.98; 08/12DraftKommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN Normenausschuss KRdLFachbereich UmweltschutztechnikThe draft of this standard has been subject to public scrutiny afterannouncement in the Bundesanzeiger (Fede

12、ral Gazette).The German version of this standard shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCDB7EF87D9NormCD - Stand 2013-09Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 2 VDI 228

13、6 Blatt 1 / Part 1Seite9 Abflle, Abwsser, Abwrme . . . . . . . . . 399.1 Kreislaufmaterial, Neben-/Kuppelprodukte,Abflle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399.2 Abwsser . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409.3 Abwrme . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42Anhang Messverfahren fr gasfrmige anorga

14、nische Fluorverbindungen . . . . 43A1 Probenahme. . . . . . . . . . . . . . . . . 43A2 Analytik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44A3 Berechnung der Massenkonzentrationen . . 45Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be

15、-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, derFotokopie, der elektronischen Verwendung und derbersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig,sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrungdes Urheberrechts und

16、unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in denVDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieserVDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieserRichtlinienreihe ist im Internet abrufbar unte

17、rwww.vdi.de/2286.EinleitungDie Primrerzeugung von Aluminium erfolgt welt-weit vorwiegend per Schmelzflusselektrolyse nachdem Hall-Hroult-Verfahren. In Deutschland gibt eszurzeit vier Produktionsstandorte. Die im Jahr 2012genehmigte Gesamtkapazitt aller vier Anlagen be-trgt bezogen auf die Primralumi

18、niumproduktionca. 650000 t/a.1 AnwendungsbereichDiese Richtlinie gilt fr Anlagen, in denen Alumi-nium aus Aluminiumoxid durch Schmelzflusselek-trolyse hergestellt wird, sowie fr ihre Nebenanlagen(z.B. Anodenanschlgerei).Sderbergzellen und die Zellen mit kontinuierlichervorgebrannter Anode werden in

19、dieser Richtlinenicht behandelt.Page9 Waste, waste water, waste heat . . . . . . . . 399.1 Recycled material, byproducts/co-products,waste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399.2 Waste water. . . . . . . . . . . . . . . . . 409.3 Waste heat . . . . . . . . . . . . . . . . . 42Annex Measurement

20、 method for gaseous inorganic fluorine compounds . . . . . . 43A1 Sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43A2 Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44A3 Calculation of mass concentrations . . . . 45Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46Preliminary noteThe content of thi

21、s standard has been developed instrict accordance with the requirements and recom-mendations of the standard VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting,reproduction (photocopying, micro copying), storagein data processing systems and translation, either ofthe full text or of ext

22、racts.The use of this standard without infringement of copy-right is permitted subject to the licensing conditionsspecified in the VDI Notices (www.vdi.de/richtlinien).We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this standard.A catalogue of all available parts of this series of

23、standards can be accessed on the internet atwww.vdi.de/2286.IntroductionThe Hall-Hroult process is the major industrial proc-ess for the primary aluminium production worldwide.In Germany there are four roduction sites at the mo-ment. In 2012 the overall output of these authorisedsites is around 6500

24、00 t/a with regard to the primaryaluminium production.1 ScopeThis standard applies to plants for the production ofaluminium by electrolytic reduction of alumina in-cluding the associated ancillary operations (e.g. an-ode rodding shop).Sderberg cells and cells with prebaked continuousanodes are not d

25、escribed in this standard.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCDB7EF87D9NormCD - Stand 2013-09All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 VDI 2286 Blatt 1 / Part 1 3 Die der Elektrolyse nachfolgenden Prozesse (z.B.Warmhalten, Schmelzen, Raffinieren, Legieren, Gie-en) sind in

26、 der Richtlinie VDI 2286 Blatt 2 be-schrieben. Sie gilt fr Aluminiumschmelzanlagen imBereich der Primraluminium- und Sekundralumi-niumerzeugung.Die Herstellung der fr die Schmelzflusselektrolysebentigten Kohleelektroden wird in der RichtlinieVDI 3467 behandelt.2 Normative VerweiseDas folgende zitier

27、te Dokument ist fr die Anwen-dung dieser Richtlinie erforderlich:DIN EN 12258 Aluminium und Aluminiumlegierun-gen; Begriffe; Dreisprachige Fassung EN 12258 3 BegriffeFr die Anwendung dieser Richtlinie gelten die Be-griffe der Normenreihe DIN EN 12258.Anmerkung: Hinsichtlich branchenbergreifender Beg

28、riffe (Emissi-onsmesstechnik, Luftreinhaltung etc.) sei an dieser Stelle auf die je-weilige Fachliteratur und die jeweiligen VDI-Richtlinien verwie-sen.4 Allgemeine HinweiseAuf die fr den Bau und Betrieb der Anlagen insbe-sondere geltenden Gesetze, Verordnungen, Verwal-tungs- und sonstige Vorschrift

29、en wird im Schrifttumhingewiesen.Alle Volumenangaben fr Gase in dieser Richtliniebeziehen sich auf den Normzustand (273 K,1013 hPa) nach Abzug des Wasserdampfanteils (mN3,trocken). Die Prozentangaben beziehen sich auf Mas-senanteile. Auf Ausnahmen wird besonders hinge-wiesen.Die unterschiedlichen me

30、tallhaltigen Einsatzmateri-alien werden in der Normenreihe DIN EN 13920-1bis -16 und in 1 beschrieben.5 Technologie5.1 EinsatzmaterialienEs werden eingesetzt als Rohstoff Aluminiumoxid (Tonerde) Hilfs- und Betriebsstoffe Elektroden (zur Stromfhrung)Anoden- und Kathodenblcke (Kohlenstoff),siehe auch

31、VDI 3467The downstream operations of the electrolytic alu-minium reduction process (e.g. temperature holding,melting, refining, alloying, casting) are covered bystandard VDI 2286 Part 2. It deals with aluminiummelting plants for primary and secondary aluminiumproduction.The production of the carbon

32、electrodes required forthe electrolytic aluminium reduction process is cov-ered by standard VDI 3467.2 Normative referencesThe following referenced document is indispensablefor the application of this standard:DIN EN 12258 Aluminium and aluminium alloys;Terms and definitions; Trilingual version EN 1

33、22583 Terms and definitionsFor the purposes of this standard, the terms and defi-nitions of the standard series DIN EN 12258 apply.Note: Regarding the definition of cross-sector terms (emissionmonitoring equipment, air pollution control, etc.), reference ismade to the relevant technical literature a

34、nd the VDI Standards.4 General notesReference is made to the acts, ordinances, adminis-trative and other regulations applicable to the con-struction and operation of the plants covered by thisstandard.Unless expressly stated otherwise, all gas volumes indi-cated in this standard relate to standard t

35、emperatureand pressure conditions (273 K, 1013 hPa) after de-duction of the water vapour content (STP, dry basis).Percentage figures indicated relate to mass fractions.Exceptions are specifically mentioned.The various metal-bearing input materials are de-scribed in the standard series DIN EN 13920-1

36、 to-16 and in 1.5 Technology5.1 Input materialsInput materials used in aluminium reduction plantsinclude: raw material alumina (aluminium oxide) auxiliary materials and consumables electrodes (to conduct the electric current)anode and cathode blocks (carbon), see also VDI 3467B55EB1B3E14C22109E918E8

37、EA43EDB30F09DCDB7EF87D9NormCD - Stand 2013-09Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 4 VDI 2286 Blatt 1 / Part 1 fluoridhaltige SchmelzmittelKryolith (natrlich und synthetisch), Alumini-umfluorid und Calciumfluorid als Reinstoffeoder im Produktionsprozess erzeugter E

38、lektro-lyt (siehe Abschnitt 9.1.1) auch Flussmittel,Badschmelze, Hartfluss oder Kaltbad genannt,der eine Mischung aus den oben genanntenKomponenten darstellt sonstige SchmelzmittelNatriumcarbonat, gegebenenfalls in Einzelfl-len Lithiumcarbonat Gusseisen in der Anodenanschlgerei feuerfeste Materialie

39、n fr die Auskleidung derElektrolysezellen5.2 Nebenanlagen5.2.1 Anlieferung, Transport und Lagerung der EinsatzmaterialienDas Aluminiumoxid wird in der Regel chargenweiseper Schiff angeliefert und mittels Saugheber in Silo-anlagen gefrdert. Die Frder- und Lagereinrichtun-gen werden ber filternde Absc

40、heider entstaubt. DieAnlagen werden diskontinuierlich nur whrend derEntladevorgnge betrieben. Der weitere Material-transport zur Elektrolyse erfolgt dann quasikontinu-ierlich entweder ber gekapselte Frderbnder undUmschlageinrichtungen, durch geschlossene Dicht-stromfrderleitungen und Druckfrdergefe

41、(pneu-matische Frdersysteme) oder per Spezial-Lkw.Dort wird das Aluminiumoxid in Siloanlagen bevor-ratet und den Vorratsbehltern der Elektrolysezellenber Kranvorratsbehlter, Silowagen oder pneumati-sche Frdersysteme zugefhrt. Die Siloanlagen wer-den entweder ber kleine, eigenstndige Filteranla-gen o

42、der ber die zentrale Abgasreinigung der Elek-trolyse entstaubt.Das Einbringen der Schmelzmittel in die Elektrolyse-zellen erfolgt bei Anlieferung als Schttgut nach dengleichen Techniken wie fr Aluminiumoxid be-schrieben, wobei das Aluminiumfluorid in der Regelper Silofahrzeugen angeliefert und direk

43、t in Silos ge-frdert wird. Bei Anlieferung als Sackware werdendie Schmelzmittel manuell in die Elektrolysezelleneingebracht.5.2.2 Vor- und Aufbereitung der Einsatzmaterialien5.2.2.1 AllgemeinesDie Herstellung der Elektroden (Anoden und Katho-den) erfolgt in separaten Produktionsanlagen, die inder Ri

44、chtlinie VDI 3467 ausfhrlich beschriebensind.Kathoden werden von spezialisierten Produktionsan-lagen bezogen, wogegen die Anoden berwiegend fluoride-bearing fluxescryolite (natural and synthetic), aluminium flu-oride and calcium fluoride either as virginmaterial or as recycled electrolyte (see Sec-t

45、ion 9.1.1) also referred to as molten bath,electrolytic bath, frozen bath or crushed bath which is composed of a mixture of the abovecomponents other fluxessodium carbonate and, if required in individualcases, lithium carbonate cast iron in the anode rodding shop refractory materials for the electro

46、lysis cell lin-ing5.2 Ancillary operations 5.2.1 Delivery, transport and storage of input materialsThe alumina is generally delivered batchwise by shipand transferred to storage silos using vacuum ship un-loaders. Off-gas from the conveying and storage sys-tems is captured and freed from dust in fil

47、tering sep-arators. These systems are operated intermittentlyduring unloading operations only. Further materialtransfer to the aluminium reduction plant is effectedquasi-continuously via enclosed belt conveyors andtransfer points, closed dense-phase conveying sys-tems and blow tanks (pneumatic conve

48、ying systems)or by special ore trucks.At the aluminium reduction plant, the alumina isstored in silos and transferred to the feed hoppers ofthe electrolysis cells via crane-mounted hoppers, silotrucks or pneumatic conveying systems. Off-gas fromthe storage silos is either dedusted in small separatef

49、ilter systems or in the central off-gas cleaning facil-ity of the aluminium reduction plant.Fluxes delivered in bulk are transferred to the elec-trolysis cells by the same methods as described forthe alumina. Aluminium fluoride is normally deliv-ered on silo trucks and directly transferred to the stor-age silos. When delivered in bagged form, the fluxesare manually loaded into the cells.5.2.2 Preparation and processing of input materials5.2.2.1 GeneralThe electrode