Способ электролитического получения алюминия в электролизерах с самообжигающимся анодом

 

Изобретение относится к цветной металлургии , а именно к усовершенствованию способа получения алюминия в электролизерах с самообжигающимся анодом. Цель изобретения - автоматизация подачи глинозема в расплав, герметизация электролизера , снижение потерь фтора и выхода угольной пены. Подают глинозем на корку под газосборный колокол самотеком или с помощью сжатого воздуха настильно по мере растворения в электролите, в направлении от борта ванны к аноду таким образом, что расстояние между боковой гранью анода и вершиной угла естественного откоса глинозема на корке поддерживают в пределах

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю С 25 С 3/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ (21) 5040279/02 (22) 28.04.92 (46) 23.08,93. Бюл. М 31 (71) Братский алюминиевый завод (72) Ю.С.Карташев и В.Н.Деревягин (73) Братский алюминиевый завод (56) Авторское свидетельство СССР

М 1468972, кл. С 25 С 3/06, 1989. (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО

ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ В ЭЛЕКТРОЛИЗЕРАХ С САМООБЖИГАЮЩИМСЯ АНОДОМ (57) Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к усовершенствованию способа получения алюминия в электролизерах с самообжигающимся анодом, Цель изобретения — автоматизация подачи глинозема в расплав, герметизация электролизеИзвестен способ перемещения анодного кожуха алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом, согласно которому по мере срабатывания анода он опускается с помощью основного механизма, в то время как анодный кожух с помощью вспомогательного механизма поднимается относительно рамы с точно такой же скоростью. В результате абсолютная скорость перемещения анодного кожуха оказывается равной нулю, он остается неподвижным относительно катодного кожуха электролизерв, Целью изобретения является автоматизация подачи глинозема в расплав, герметизация электролиэера. снижение потерь фтора и выхода угольной пены.

„„. Ж,„, 1836495 АЗ ра, снижение потерь фтора и выхода угольной пены. Подают глинозем на корку под гаэосборный колокол самотеком или с помощью сжатого воздуха настильно по мере растворения в электролите, в направлении от борта ванны к аноду таким образом, что расстояние между боковой гранью анода и вершиной угла естественного откоса глинозема на корке поддерживают в пределах (0,01 — 0,5):1 расстояния борт-анод, причем подъем анодного кожуха производят в промежутках между циклами регулирования междуполюсного зазора. Давление сжатого воздуха глиноэемно-воздушной смеси не превышает 0,016 кг/см, а соотношение расхода воздуха и анодных газов поддерживают в пределах (0.2 — 0,5):1, 1 з.и. ф-л ы, 2 ил., 3 табл. еюаюеЪ

Указанная цель достигается тем, что (д) глинозем подают самотеком или за счет гли- Qh ноэемно-воздушной смеси на криолито-гли- ф ноэемную корку под газосборник в 0 направлении от борта ванны к аноду на- у стильно за счет угла естественного откоса по мере растворения глинозема в электролите таким образом, что расстояние между боковой гранью анода и вершиной угла ес- (p3 тественного откоса глинозема на корке поддерживают в пределах 0,01-0,05 расстояния "борт-анод", причем подьем анодного кожуха и жестко связанного с ним колокольного газосборника на заданную величину производят периодически между циклами регулирования межполюсного зазора. Избыточное давление сжатого возду1836495 ха, формирующего глиноземно-воздушную смесь. не превышает 0,016 кг/см, а соотног . шение расхода воздуха и анодных газов составляет (0,2-0,5):1, Подача глинозема на корку в направлении от борта ванны к аноду эа счет угла естественного откоса позволяет ; во-первых, герметизировать зазор "колокол-электролит" путем поддержания величины противолежащего катета. при наличии таких операций, как регулирование МПЗ и подъем анодного кожуха, а также автоматизировать подачу глинозема за"счет простейших устройств, Во-вторых, организуется непрерывная подача глинозема по мере растворения

его в расплаве электролита за счет поддержания расстояния между боковой гранью анода и вершиной угла естественного откоса глинозема в пределах 0,01 — 0,05 расстояния "борт-анод". При этих условиях вершина угла естественного откоса находится на границе криолито-глиноземной корки в зоне максимальных скоростей конвективных потоков циркуляции электролита, что обеспечивает наиболее благоприятные условия растворения глинозема, равномерность и непрерывность его поступления в расплав, Величина соотношения расстояния между боковой гранью анода и вершиной угла Q с расстоянием "борт-анод", равная

0,01 — 0,05, обусловлена также необходимой величиной открытой поверхности электролита возле кромки анода для обеспечения свободной и беспрепятственной эвакуации анодных газов.

Подача холодного глинозема с периферии обеспечивает лучшую физическую адсорбцию HF, а сравнительно большая длительность нахождения частицы глинозема в контакте с газовой фазой, постепенный ее прогрев и замещение прореагировавших частиц глинозема на непрореагировавшие улучшает условия химической адсорбции

HF и возвращение фтора в злектролитический процесс.

Подьем анодного кожуха и жестко соединенного с ним газосборного колокола периодически между циклами регулирования

МПЗ повышает возможность поддержания расстояния между боковой гранью анода и вершиной угла естественного откоса глинозема в заявляемых пределах за счет того, что исключается совпадение этих двух операций.

Таким образом, повышается равномерность поступления глинозема в электролит и тем самым точность регулирования МПЗ.

При подаче глиноземо-воздушной смеси наетилъно в направлении от борта ванны

55 к аноду создаются благоприятные диффузионные и температурные условия для дожига

СО и смолистых непосредственно под колоколом. При этом, увеличение доли СОр в подколокольном пространстве улучшает условия для сжигания выделяющейся при электролизе угольной пены по реакции СО2 + С 2СО, что позволяет снизить выход угольной пены. С другой стороны, подача кислорода воздуха с периферии исключает попадание его на боковую грань анода и выгорание последнего, Таким образом, цикл дожига СО, угольной пены и смолистых замыкается одной химической цепью без участия углерода анода, Изобретение поясняется чертежом (фиг.1, 2), изображающим сечение электролизера С 8Б на силу тока 156 кА с различным состоянием герметизации зазора "колоколэлектролит", соответствующим различным способам ведения электролиза: а — с полной разгерметизацией, e — по прототипу, б — по способу, г — по предлагаемому способу.

Устройство для реализации способа содержит самообжигающийся анод 1 с анодным кожухом 2 и жестко закрепленным на нем колокольным газосборником 3, патрубка 4 для подачи глинозема 5 на корку 6 под колокол 3. Нижняя часть патрубка 4 проходит через нижнюю часть колокола 3 в направлении от борта 7 к аноду 1 под углом к горизонтальной плоскости, Другая ветвь патрубка 4 расположена с внешней стороны колокола 3 для улучшения герметизации электролизера. Глинозем в точки поступает из навесных бункеров, расположенных снаружи продольных сторон анодного кожуха (на чертеже не показано).

Способ осуществляется следующим образом, При установившемся электролизе на поверхности электролита в пространстве

"борт-анод" формируется криолито-глиноземная корка 6, на которую по патрубку 4 самотеком или с помощью сжатого воздуха подают глинозем 5 в направлении от борта

7 к аноду 1. Глинозем накапливается на корке 6, образуя угол естественного откоса а, вершина которого находится на расстоянии с = Ь вЂ” а от анода, По мере расхода глинозема в процессе электролиза вершина угла а начинает смещаться в направлении борта 7; нижняя часть патрубка 4 открывается, глинозем поступает на корку, и вершина угла а начинает смещаться в направлении анода

1, Расстояние "с" поддерживают за счет положения колокола 3 и уровня электролита относительно корки 6, Подьем анодного ко1836495

50 жуха производят периодически на заданную величину между циклами регулирования МПЗ. Это обусловлено следующим, Регулирование МПЗ прямо связано с концентрацией глинозема в электролите; как известно, при снижении концентрации глинозема возрастает электрохимическая составляющая напряжения на электролизере. Поэтому цикл регулирования пройдет по признаку "—" (уменьшение МПЗ); анод опускают, уровень электролита поднимается, и происходит растворение глинозема криолито-глиноземной корки эа счет ее погружения. в электролит. При этом погружается также вершина угла а, постепенно смещаясь к борту. По окончании цикла регулирования, с учетом скорости естественного сгорания (расхода) анода, производят подьем анодного кожуха на заданную величину в ручном или автоматическом режиме, Глинозем по патрубку 4 поступает под колокол, и угол а смещается к аноду, восстанавливая величину "С" до исходного значения.

Таким образом, периодичность подьема анодного кожуха на заданную величину в промежутках между циклами регулирования МПЗ повышает равномерность подачи глинозема в расплав, улучшает условия адсорбции HF на глиноземе и герметизацию зазора "колокол-электролит", По мере накапливания катодного металла его уровень поднимается со скоростью

1,5-2 см/сутки, Поэтому часть циклов регулирования обязательно проходит по при. знаку "+" (увеличение МПЗ). Это обеспечивает поступление глинозема на корку и в расплав по предлагаемому способу, а также, герметизацию электролизера.

Подпор сжатого воздуха для подачи глиноземо-воздушной смеси по патрубку 4 может быть непрерывным или периодическим, одновременно с циклом подъема анода или анодного кожуха.

Величина давления подаваемого воздуха и соотношение его расхода с расходом анодных газов получены опытным путем.

Пример 1. На промышленном электролизере типа С8Б на силу тока 156 кА с устройствами согласно фиг,1г подают глинозем на корку под газосборный колокол самотеком в направлении от борта ванны к аноду по патрубкам, количество которых— по 6 штук с каждой продольной стороны электролизера, и ведут электролиз в течение 8 суток. Регулировку МПЗ производили через каждые 2 часа, подъем анодного кожуха — по мере сгорания анода через 30 мин после очередного цикла регулирования

МПЗ. В ходе испытаний оценивали степень

40 герметизации электролизера, содержание

HF в анодных газах, частоту анодных эффектов.

Полученные результаты в сравнении с результатами по аналогу и прототипу отражены в табл, 1.

Как видно иэ данных таблицы, предлагаемый способ обеспечивает герметизацию зазора колокол-электролит, высокую степень адсорбции HF на глиноземе с последующим возвращением фтора в процесс электролиза, автоматизацию подачи глинозема и стабильную концентрацию его в расплаве электролита, что проявляется в снижении частоты возникновения анодных эффектов по сравнению с известными способами.

Пример 2. На том же электролизере глинозем подают на корку под колокол в направлении от борта ванны к аноду по патрубкам при помощи сжатого воздуха и ведут электролиз в течение 30 дней по каждому примеру, Регулировку МПЗ и подъем анодного кожуха ведут аналогично примеру 1, Результаты испытаний в сравнении с аналогом отражены в табл. 2.

Судя по полученным результатам, предлагаемый способ получения алюминия обеспечивает снижение выхода угольной пены за,счет ее эффективного дожига под газосборным колоколом. Некоторое возрастание выхода угольной пены в примере 5 можно объяснить повышением окисляемости боковой грани анода за счет избытка молекулярного кислорода, подаваемого с воздухом, Предлагаемый способ позволяет также сохранить эффективность газоотсоса за счет незначительного приращения объема отсасываемых газов по сравнению с аналогом, где происходит 2 — 2,5 кратное увеличение объема газов.

В табл. 3 отражены технико-экономические показатели работы электролизера по предлагаемому способу в сравнении с электролизерами-свидетелями по результатам, полученным в примерах 1 и 2.

Как видно из данных табл. 3, производительность электролизера по предлагаемому способу на 7 — 11 кг А!/сутки выше, чем по известным способам, за счет более равномерной подачи и режима естественного растворения, А!гОз в расплаве по мере его расходования. Очевидно, растворение глинозема с корки по предлагаемому способу происходит при постоянном насыщении в концентрациях, необходимых и достаточныхдля служебного процесса электролиза и в зонах с наибольшими скоростями циркуляции электролита. На это же указывает и

1836495

Таблица 1

Таблица 2 по аналогу давление воздуха и соотношение воздух-глинозем подаваемого воздуха;результаты средние по 10-ти замерам. значительно более низкие рабочее напряжение,. а также частота возникновения анодных эффектов (таблица 1).

Формула изобретения

1. Способ электролитического получения алюминия в электролизерах с самообжигающимся анодом, включающий подачу глинозема на криолитоглиноземную корку под газосборник, автоматическое регулирование междуполюсного зазора и перемеще ние анодного кожуха, отличающийся тем, что, с целью автоматизации подачи глинозема в расплав, герметизации электролизера и снижения потерь. фтора, глинозем подают по мере растворения его в электролите в направлении от борта ванны к аноду при поддержании расстояния между боковой гранью анода и вершиной угла естественного откоса глинозема на корке, равного

5 0,01-0,05 расстояния "борт-анод", причем подъем анодного кожуха на заданную величину производят периодически между циклами регулирования междуполюсного зазора.

10 2, Способ по п,1, о т.л и ч а ю шийся тем, что, с целью снижения выхода угольной пены и объема отсасываемых газов, избыточное давление сжатого воздуха не превышает 0,016 кгс/см, а соотношение расхода

15 воздуха и анодных газов составляет (0,2—

0,5):1.

1836495

УраВайь эгектроли

Мробеь эюекяюпюаа

Ура Веиь эвекярояиа

Составитель A.Äàóêojèñ

Редактор С.Кулакова Техред М.Моргентал " Корректор C.Ïàòðóøåâà

Заказ 3011 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101