CC BY
244
УДК 66.012
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ФТОРИДА АЛЮМИНИЯ
А.Н. Дьяченко, И.В. Петлин
Томский политехнический университет E-mail: ilya-petlin@yandex.ru
Проведен расчет себестоимости производства по традиционной и современной технологии получения фторида алюминия. Установлена зависимость себестоимости фторида алюминия от качества используемого сырья. Предложены способы снижения себестоимости производства фторида алюминия.
Ключевые слова:
Фторид алюминия, флюорит, гидроксид алюминия, фтороводород, себестоимость.
Key words:
Aluminium fluoride, fluorite, aluminium hydroxide, fluorine hydride, prime cost.
Фторид алюминия используется как элемент электролита при электролизном получении алюминия [1]. Проблема производства фторида алюминия заключается в использовании устаревшей технологии, не позволяющей комплексно использовать сырьё, а также продуцирующей большое количество отходов производства.
Целью данной работы является определение себестоимости производства фторида алюминия путем оценки его технико-экономических характеристик, зависящих от технологического процесса.
Себестоимость продукции является одним из основных показателей работы предприятия и выражает в денежной форме затраты на ее производство [2].
На предприятиях РФ фторид алюминия производится по так называемой «мокрой» схеме, через стадию сернокислотного разложения флюорита, последующей абсорбции ИР и его взаимодействия с гидроксидом алюминия [3]. Параллельно на 1 т единственного товарного продукта - фторида алюминия продуцируются 4...5 т отходов производства - фторид натрия, криолит, гипс и оксид кремния (белая сажа).
Технология производства фторида алюминия через стадию получения плавиковой кислоты подразумевает параллельное получение гипса в количестве в 2,5 раза большем, чем фторид алюминия.
Важным отрицательным моментом технологии является нереализуемость продаж гипсового отвала. Несмотря на то, что гипс является нецелевым продуктом предприятий, он всё же дефицитный товар. Недостатки существующей технологии:
1) устаревшая «мокрая» схема производства, где на каждые 100 т фторида алюминия продуцируются невостребованные на рынке 10 т криолита и 3 т фторида натрия;
2) невозможность реализации гипса и оксида кремния;
3) большое количество жидких отходов, которые в виде гипсовой пульпы выбрасываются на шламовое поле.
В современной концепции химической индустрии должен отсутствовать термин «отход производства». Структура современного завода должна отвечать требованиям безотходности [4]. На рис. 1 приведена схема материальных потоков предприятий, производящих фторид алюминия.
Расход:
AIF3-Товарная опция -1 т NaF Na3AlF6
Sio2 -4,3т
CaSCU H20
Отход производства
Приход:
СаРг-1,7 т
Н2804-2,5 т
А1(ОН)3-0,63
Ма2С03 СаСОз -0,5 Са(ОН)2
Условно переменные расходы
Рис. 1. Существующая (а) и идеализированная (б) схема материальных потоков производства фторида алюминия с усреднёнными расходными коэффициентами
A1F3-1т (1130 USD/t) ^ CaS04-2,5 т (230 USD/t) Si02 - 0,1 т (1150 USD/t) J Н20 - Отход производства
Товарная г опция
Очевидно, что одним из основных факторов, влияющих на себестоимость производства фторида алюминия, является качество сырья, а именно флюорита. На российские предприятия по производству фторида алюминия поставляется флюори-товый концентрат (ФК) от Ярославского горнообогатительного комбината (ЯрГОК) и КОО «Монголцветмет».
Качество отечественного сырья производства ЯрГОК не отвечает требованиям потребителя, поскольку содержание основного компонента (СаР2) в нём колеблется от 80 до 90 %, а также бывают случаи поставки флюорита с содержанием СаБ, до 70 %.
Производство фторида алюминия из некачественного флюоритового концентрата ЯрГОК приводит к увеличению расходных коэффициентов и значительным издержкам на сырьё. Для исследования влияния качества ФК на расходные коэффициенты сырья нами был произведен расчет стехиометрии основных реакций технологии и выведены формулы расчета расходных коэффициентов флюо-ритового концентрата, серной кислоты и соды для «мокрой» схемы производства фторида алюминия:
т
к —__________"*фк_________.
ФК 0,718тСаР2 -2,8т^ ’
1, 256 тсаК ^ 0, 98 тсаСО,
0,718 ^СаР, - 2,8 ^810,
5,3 т„.
0,718 тСаР, - 2,8 т810,
где £фк, *н2804, *Ка2со3 - расходные коэффициенты флюоритового концентрата, серной кислоты, соды, т/т АЩ; Шфк, т^,, т^о, тсасо3 - масса флюоритового концентрата, фторида кальция, оксида кремния, известняка, г.
В табл. 1 приведена структура себестоимости производства фторида алюминия из флюоритового концентрата ЯрГОК и КОО «Монголцветмет».
Таблица 1. Структура себестоимости производства фторида алюминия по «мокрой» схеме. Сырьё -ЯрГОК/Монголцветмет
Статья затрат Состав сырья, % Расходный коэффициент Цена, иБО/т
Флюоритовый концентрат CaF2 80/95 2,302/1,597 230/280
бю2 5/2
СаС03 15/3
Н2Б04 - 2,651/1,953 80
Д!20з - 0,630 450
О О 2 - 0,610/0,169 260
Условно постоянные расходы - 1,250 -
Избыток Н2Б04 - 1,100 -
Себестоимость производства фторида алюминия из флюоритового концентрата ЯрГОК составила 1506 USD/т, что значительно превышает мировые цены на этот продукт. При использовании монгольского концентрата себестоимость производства составила 1183 USD/т.
Расчет себестоимости производился методом нормативной калькуляции. Нормы затрат на сырье рассчитывались исходя из расходных коэффициентов при разном составе флюоритового концентрата.
Поскольку производство фторида алюминия относится к числу материалоёмких производств, где большая часть затрат предприятия приходится на сырьё, то для упрощения расчетов затраты на сырьё в себестоимости взяты постоянными, в размере 75 % от общей суммы затрат. Другие условно постоянные расходы (фонд заработанной платы, энергозатраты и пр.) составляют 25 %. Избыток серной кислоты относительно стехиометрии берётся равным 10 %.
Основным фактором влияния качества ФКна себестоимость является процентное содержание кремнезема в флюорите, который значительно снижает выход НБ за счёт образования SiF4, а затем Н^Б6, что в свою очередь приводит к увеличению расхода соды на связывание гексафторкремниевой кислоты при получении фторида натрия и криолита.
Наличие в флюорите карбоната кальция значительно меньше сказывается на себестоимости, поскольку карбонат не уменьшает выход продуктивного НБ, но увеличивает расход серной кислоты.
За рубежом производство фторида алюминия осуществляется по так называемой «сухой» схеме, в которой принципиально отсутствует производство криолита, а соответственно и расходы на соду [5].
Для определения себестоимости производства фторида алюминия по «сухой» схеме нами были выведены формулы расчета расходных коэффициентов флюоритового концентрата и серной кислоты по стехиометрии реакций:
т
кФк —
кн
0,718 тСаР2 - 1,862 т8102
1, 256 тСар2 + 0, 98 тСаС03 0,718 тСаР2 - 1,862 т8102
где £ФК, £^30 - расходные коэффициенты флюоритового концентрата и серной кислоты, т/т А1Б3; тФК, тСа^2, тЯ0г, тСаС0з - масса флюоритового концентрата, фторида кальция, оксида кремния, известняка, г.
Данные для расчета себестоимости производства А1Б3 по «сухой» схеме приведены в табл. 2.
Себестоимость А1Б3 по «сухой» схеме составила 1106 USD/т.
В отличие от распространённого мнения, что для реализации «сухой» схемы необходимо только качественное сырьё, считаем это утверждение неправильным, поскольку наличие примесей влияет только на содержание тетрафторида кремния и воды в промежуточном фтороводороде, которые отделяются на стадии дистилляции. Технология утилизации SiF4 не увеличивает себестоимость вследствие возможности возврата фтор-иона в голову процесса в виде фторида аммония, подшихтовкой его к флюориту, и выделения оксида кремния [6].
Ыа,С0
Таблица 2. Структура себестоимости производства фторида алюминия по «сухой» схеме
Статья затрат Состав сырья, % Расходный коэффициент Цена, иБО/т
Флюоритовый концентрат CaF2 95 1,551 280
БЮ2 2
СаСОз 3
Н2Б04 - 1,896 80
АЬОз - 0,630 450
Условно постоянные расходы - 1,250 -
Избыток Н2БО4 - 1,100 -
Зависимость себестоимости фторида алюминия от качества сырья (флюорита) представлена на рис. 2.
2400
1000-1-------#------1--------1--------я--------1
100 96 92 88 84 80
Содержание Са$2 в флюорите, %
1--------1-------1--------1-------1---------1
0 2 4 6 8 10
Содержание БЮг в флюорите, %
Рис. 2. Изменение себестоимости передела по «сухой» и «мокрой» схемам в зависимости от качества флюо-ритового концентрата
Полученные результаты показывают, что даже при наличии достаточно качественного сырья с содержанием основного компонента около 95 %, себестоимость фторида алюминия, произведённого по «мокрой» технологии, будет составлять около 1250 USD/т, а по «сухой» около 1150 USD/т.
Данные результаты справедливы для случая не комплексного использования сырья с отсутствием реализации всех непрофильных продуктов. Без модернизации существующей «мокрой» схемы производства фторида алюминия невозможно получить значение себестоимости фторида алюминия ниже 1250 USD/т.
Единственным способом выйти на рынок с конкурентоспособным производством фторида алюминия является модернизация производства с вовлечением в коммерческий цикл гипса и оксида кремния.
Ещё большим успехом станет внедрение «сухой» технологии, позволяющей отказаться от выпуска криолита и фторида натрия. Здесь необходимо отметить, что если часть оборудования существующих производств не демонтировать, а законсервировать, то «сухая» технология позволяет при необходимости на существующем оборудовании
быстро восстановить выпуск криолита и фторида натрия без капитальных затрат.
Развивая теорию о вовлечении в коммерческий цикл гипсовых отвалов, были проведены модельные расчёты себестоимости фторида алюминия в зависимости от качества флюорита по «мокрой» и «сухой» схемам, табл. 3.
Таблица 3. Себестоимость производства фторида алюминия по «мокрой» и «сухой» схемам при условии продажи гипса по цене 110 иБЭ/т
Качество ФК, % Цена ФК, иБО/т Количество гипса, т/т А^ Себестоимость передела, иБО/т А^ Выручка от продажи гипса, иБО/т А^ Остаточная себестои- мость, иБО/т А^
«Мокрая» схема «Сухая» схема я аа ^ ф ох 5 и «Сухая» схема я аа ^ ф ох 5 и «Сухая» схема я аа ^ ф ох 5 и «Сухая» схема
100 300 2,41 2,41 1071 1071 267 267 804 804
98 300 2,54 2,51 1139 1103 280 276 859 827
95 280 2,70 2,62 1186 1108 298 289 888 819
90 260 3,22 2,95 1426 1180 355 325 1071 855
85 230 3,82 3,30 1648 1219 421 363 1227 856
80 230 5,17 3,92 2334 1411 569 431 1765 980
Как видно из табл. 3, продажи гипса по минимальной цене 110 USD/т позволяют снизить себестоимость фторида алюминия до 888 USD/т при работе на 95 % концентрате по «мокрой» схеме производства и до 819 USD/т по «сухой» схеме.
Также рассмотрен вариант с продажей оксида кремния. Предварительные научно-исследовательские работы показывают возможность получения высококачественного оксида кремния сорта «белая сажа» с ближайшим промышленным аналогом БС-100, БС-120.
Стоимость оксида кремния на мировом рынке колеблется в интервале от 1000 до 2000 USD/т, в зависимости от качества продукта [7]. Годовой объём потребления белой сажи на рынке РФ составляет около 20 тыс. т.
Расчёты себестоимости производства фторида алюминия по «сухой» схеме при условии продажи гипса по цене 1l0USD/т и белой сажи по цене 1000 USD/т представлены в табл. 4.
Таблица 4. Себестоимость фторида алюминия при производстве по «сухой» схеме среализацией всех побочных продуктов
Качество ФК, % Содержание кварца, % Цена ФК, иБО/т Себестоимость передела, иБО/т А^ Выручка от продажи гипса, иБО/т А^ 5^ га ^ < Т_ СО £1^ С Остаточная себестоимость, иБО/т А^
100 0 300 1071 267 0 804
98 1 300 1103 276 15 812
95 2 280 1108 289 31 788
90 5 260 1180 325 90 765
85 7 230 1219 363 150 706
80 10 230 1411 431 260 720
USD/т A1F3
Содержание CaF2 в флюорите, %
I-----------1------------1-----------1-----------1
10 7 5 2 0
Содержание БЮг в флюорите, %
Рис. 3. Структура себестоимости продуктов производства А!р3 при комплексном использовании сырья
Как видно из табл. 4, при продажах всех коммерческих продуктов - гипса и белой сажи, себестоимость фторида алюминия составляет около 800 ШБ/т.
Структура себестоимости продуктов производства фторида алюминия представлена на рис. 3.
Как видно из графика, продажи гипса и оксида кремния обеспечивают независимость себестоимости фторида алюминия от качества флюоритового концентрата: чем больше примеси кварца во флюо-ритовом концентрате, тем больше объем производимого оксида кремния, продажи которого компенсируют издержки производства. Это позволяет конкурентно работать на флюоритовом концентрате отечественного производства.
Выводы
1. Выполнен расчет себестоимости фторида алюминия по «мокрой» и «сухой» схемам производства методом нормативной калькуляции.
2. Показано, что себестоимость производства фторида алюминия по «сухой» схеме на 100... 150 ШБ/т меньше, по сравнению с производством его по традиционной технологии.
3. Вовлечение в коммерческий оборот по минимальным ценам гипса и оксида кремния как побочных продуктов делает себестоимость производства фторида алюминия (800 ШБ/т) независимой от качества сырья.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Раков Э.Г Химия итехнология неорганических фторидов. -М.: Изд-во МХТИ им. Д.И. Менделеева, 1990. - 162 с.
2. Ребрин Ю.И. Основы экономики и управления производством. - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000. - 145 с.
3. Гузь С.Ю. Производство криолита, фтористого алюминия и фтористого натрия. - М.: Металлургия, 1964. - 238 с.
4. Зайцев Н.Л. Экономика промышленного предприятия. - М.: Инфра-М, 2008. - 414с.
5. Пустильник ГЛ., Вольфсон ГИ., Галков А.С. Производство фтористых солей для алюминиевой промышленности за рубежом. - М.: Металлургия, 1976. - 186 с.
6. Дьяченко А.Н. Галогенаммонийная технология переработки металлургических шлаков // Цветные металлы. - 2005. -№5.- С. 71-75.
7. Официальный сайт ОАО «Сода». 2010. URL: http://www.so-da.ru/index.html (дата обращения: 30.09.2010).
Поступ ила 11.10.2010 г.
