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

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

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

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

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

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

Рекомендуемая технология по варианту №5 включает:

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

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

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

Параметры переработки низкокачественных бокситов на глинозем по различным технологическим вариантам

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Финансово-экономические параметры различных вариантов переработки тиманского боксита

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

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

Вывод:

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

Список литературы:

Реферат

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

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

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