Способ получения алюминия

 

Изобретение относится к электролизу алюминия. Цель изобретения - повышение экологической чистоты и эффективности процесса. Способ предусматривает установку анода в режиме "электрода касания" при уровне электролита, равном одному-двум значениям межполюсного расстояния.

Изобретение относится к металлургии легких металлов.

Известен способ электролиза с поддержанием надбортных гарниссажей на 6-18% выше верхней отметки шахты электролиза. Поддержание надбортного гарниссажа способствует формированию такой формы гарниссажа, которая оттесняет металл к аноду, уменьшая тем самым площадь контакта электролит-металл. Недостатком этого способа является технологическая опасность прорыва электролита через надбортный гарниссаж.

Известно решение, дающее возможность уменьшить скорость конвективного переноса растворенного металла и величину его потерь, отделив область интенсивной циркуляции электролита между анодом и бортовой футеровкой от поверхности металла путем введения порога, высота которого больше уровня металла.

К недостаткам этого решения относится высокая стоимость и дефицитность предлагаемого электроизоляционного материала, а также конструктивные и технологические затруднения, возникающие при разработке реальной конструкции такой футеровки для действующего электролиза.

В металлургии легких металлов известен способ получения кальция по методу "электрода касания". Электрод касания позволяет избежать большой растворимости кальция в электролите, так как поверхность контакта электрод-электролит и циркуляционные потоки, омывающие электрод, сведены к минимуму.

Известен и широко используется способ-прототип получения алюминия посредством электролиза криолито-глиноземных расплавов с жидким алюминиевым катодом и углеродистым анодом. Недостатком известного способа является то, что металлическая и газовая фазы могут непосредственно контактировать друг с другом, в результате чего снижается катодный выход по току.

Из практики электролиза известно, что наибольший выход металла по току наблюдается в электролизерах с устойчивой бортовой настылью, "круто падающей под анод", т.е. оттесняющей металл под анод, где интенсивность потоков электролита меньше на один-два порядка. В прототипе эти формы настыли достичь сложно и сопровождается это большими трудозатратами.

Целью изобретения является повышение экологической чистоты и эффективности процесса за счет уменьшения области интенсивной циркуляции электролита у поверхности металла в зоне между анодом и бортовой футеровкой и отказа от обработки электролизера, связанной с механическим разрушением корки, при использовании для этого целевых механизмов.

Это достигается установкой анода и ведением электролиза в режиме "Электрода касания" при уровне электролита, равном одному-двум значениям межполюсного расстояния. Подача глинозема в электролит осуществляется периодическим покачиванием анодного массива, что приводит к просыпанию глинозема по всему периметру анода вдоль его боковых поверхностей. Это является отличием от прототипа.

Причинно-следственная связь между совокупностью вышеперечисленных признаков изобретения и достигаемым техническим результатам заключается в том, что уменьшение уровня электролита до величины, равной одному-двум значениям межполюсного расстояния, приводит к уменьшению зоны интенсивной циркуляции электролита в 2 раза. Это позволяет уменьшить потери металла и создать устойчивые бортовые гарниссажи, оттесняющие металл под анод и предохраняющие бортовую футеровку от разрушения. Появляется возможность дополнительной интенсификации электролизера за счет увеличения поперечного сечения анода.

При снижении уровней электролита от величин, применяемых в практике и равных 150-200 мм до 50-100 мм, неизбежно ухудшаются условия растворения глинозема и появляется технологическая необходимость коренного изменения схемы обслуживания ("обработки") электролизера. В изобретении предлагается подачу глинозема в электролит осуществлять за счет периодического покачивания анодного массива по вертикали, что приводит к просыпанию глинозема по всему периметру анода вдоль его боковых поверхностей без традиционной операции разрушения корки. Целостность корки и снижение глубины погружения анода улучшает тепловые условия работы анода, что снижает количество полиароматических углеводородов, выделяющихся в атмосферу цеха с поверхности жидкой анодной массы. Покачивание анода частично разрушает корку по периметру анода без массового ее обрушения и без значительной разгерметизации электролита. Для этого необходимо иметь прочную корку, которая наблюдается при К.О≈3. Известны электролиты с К.О. 3 и более, позволяющие работать без снижения выхода по току.

В предлагаемом решении задачи непрерывного питания решаются более естественным и технологическим путем, чем при установке различных точечных и локальных питателей с рассредоточением подаваемого в электролит глинозема по всему периметру анода или колокольного газосборника.

При длительном нахождении на необрушаемой корке глинозем может терять некоторую часть адсорбционной емкости. Для предотвращения этого вся корка может периодически с частотой один раз в 5-10 сут обрушаться с использованием традиционных методов обработки и с засыпкой больших количеств свежего глинозема.

Изобретение позволяет по сравнению с прототипом улучшить экологическую чистоту технологии, исключающую массовую разгерметизацию электролизера, происходящую при использовании традиционного метода обработки с обрушением корки, снизить количество полиароматических углеводородов, выделяющихся в атмосферу цеха с поверхности жидкой анодной массы за счет улучшения тепловых условий работы анода, а также ограничить ручной труд во вредных условиях при разгерметизированном электролизере. Кроме того, снижается растворение металла в зоне интенсивной циркуляции электролита, что приводит к повышению выхода по току, формируются мощные бортовые настилы, что увеличивает срок службы электролизера. Таким образом создается перспектива комплексной механизации и автоматизации процесса, решается проблема НПГ наиболее простым и естественным методом без каких-либо дополнительных устройств, а также создается возможность интенсификации процесса электролиза за счет увеличения площади подошвы поперечного сечения анода.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ, включающий электролиз криолитоглиноземных расплавов с жидким алюминиевым катодом и углеродистым анодом и подачу глинозема в электролит, отличающийся тем, что, с целью повышения экологической чистоты и эффективности процесса, анод устанавливают в режиме электрода касания при уровне электролита, равном одному-двум значениям межполюсного расстояния, а подачу глинозема осуществляют при покачивании анодного массива.