Способ пуска алюминиевого электролизера после капитального ремонта

 

Изобретение может быть использовано при пуске алюминиевого электролизера после капитального ремонта. Сущность заключается в том, что в способе пуска алюминиевого электролизера после капитального ремонта, включающем загрузку пусковой шихты, содержащей свежий криолит, фтористый кальций, натрий-алюминиевые фториды и натрийсодержащий компонент, заливку электролита, электрическое подключение электролизера и заливку металла, в качестве натрийсодержащего компонента используют кальцинированную соду и поддерживают ее содержание в составе пусковой шихты 20-50 мас.%, а в качестве натрий-алюминиевых фторидов используют смешанный (флотационный и регенерационный) криолит и/или оборотный электролит в количестве не более 50 мас.% от массы свежего криолита. Достигаемый технический результат: 1) снижение эксплуатационных расходов на пуск электролизера после капитального ремонта; 2) повышение стойкости футеровки и срока службы электролизера; 3) снижение потерь фтористых солей (снижение вредных выбросов) при пуске; 4) снижение расхода электроэнергии на пуск электролизера; 5) сокращение срока вывода электролизера на выпуск высокосортного металла. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к электролитическому производству алюминия и может быть использовано при пуске алюминиевого электролизера после капитального ремонта.

Известен способ пуска алюминиевого электролизера после капитального ремонта [1], включающий загрузку в электролизер фтористого кальция, свежего криолита, кускового оборотного электролита, фтористого натрия, заливку алюминия, электрическое подключение электролизера и заливку жидкого электролита. При таком пуске необходимо поддержание повышенной температуры электролита (повышенный расход электроэнергии), значительны потери фтористых солей.

Известен способ пуска алюминиевого электролизера после капитального ремонта, включающий загрузку в электролизер фтористого кальция (до 0,8 т), фтористого натрия (до 4,8 т), свежего криолита (до 6,5 т), заливку жидкого пускового электролита при температуре 980 - 990^oC (12 т), электрическое подключение электролизера, заливку жидкого алюминия [2].

Недостаток известного способа в том, что для полного проплавления пусковой шихты необходимо поддержание высоких температур электролита, что ведет к значительным энергозатратам и потерям фтористых солей, удлиняет срок приведения электролизера к нормальному технологическому режиму.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ подготовки подины электролизера для получения алюминия в эксплуатации [3].

В известном способе, включающем разогрев подины, заливку расплава солей, выбранных из группы, содержащей фториды и хлориды алюминия, кальция, магния, и подключение электролизера в расплав солей дополнительно вводят натрийсодержащие соединения, предпочтительно фтористый натрий, соду, криолит, повышая постепенно их содержание в расплаве солей в интервале от 5 до 20 мас.% и вводят натрийсодержащие соединения в несколько приемов с выдержкой между вводом каждой порции 4 - 10 ч. Данное решение по наличию сходных существенных признаков и достигаемому результату выбрано в качестве прототипа.

Известная технология позволяет в пусковой период за счет выравнивания концентрации натрия по высоте подины сгладить разницу деформаций различных слоев подины. Однако требуется поддержание высокой температуры электролита на пуске для предотвращения образования настылей на подине, т.к. соль фторида натрия - тугоплавкое соединение, значительны потери фтористых солей. Доведение солевого расплава до оптимального состава порционной загрузкой натрийсодержащих компонентов удлиняет пуск и не позволяет стабильно вести процесс при постоянных технологических параметрах.

Задачами предлагаемого решения являются: 1) Снижение эксплуатационных расходов на пуск электролизера после капитального ремонта; 2) повышение стойкости футеровки и срока службы электролизера; 3) снижение потерь фтористых солей (снижение вредных выбросов) при пуске; 4) снижение расхода электроэнергии на пуск электролизера; 5) сокращение срока вывода электролизера на выпуск высокосортного металла.

Поставленные задачи решаются тем, что в способе пуска алюминиевого электролизера после капитального ремонта, включающем загрузку пусковой шихты, содержащей свежий криолит, фтористый кальций, натрий-алюминиевые фториды, и натрийсодержащий компонент, заливку электролита, электрическое подключение электролизера и заливку металла, в качестве натрийсодержащего компонента используют кальцинированную соду и поддерживают ее содержание в составе пусковой шихты 20 - 50 мас.%, в качестве натрий-алюминиевых фторидов используют смешанный (флотационный и регенерационный) криолит и/или оборотный электролит в количестве не более 50 мас.% от массы свежего криолита.

Техническая сущность предлагаемого решения состоит в следующем.

Для поддержания требуемого состава электролита в электролизере в пусковой и послепусковой период с целью обеспечения проведения процесса при стабильных технологических параметрах необходима загрузка в состав пусковой шихты натрийсодержащих соединений.

Наличие в шихте фтористого натрия в пусковой период требует поддержания высокой температуры для растворения его в электролите, а при этом значительны потери фторсодержащих компонентов электролита. Кроме того, высока цена фтористого натрия.

В предлагаемом решении вместо фтористого натрия в состав твердой пусковой шихты вводят кальцинированную соду в эквивалентном по натрию количестве. Кальцинированная сода легко растворяется в электролите при более низких температурах (снижение потерь фтористых солей), чем NaF, плотность ее (2,530 г/см³) составляет 0,9 от плотности NaF, она в 4 - 5 раз дешевле.

Кроме того, с фторсодержащим сырьем в электролит поступает кремний, снижающий качество товарного алюминия. Использование в процессе пуска Na₂CO₃ (кальцинированной соды) вместо NaF позволяет быстрее вывести электролизер на высокую сортность металла.

Количество Na₂CO₃ в составе твердой пусковой шихты 20 - 50 мас.% определено расчетным путем (в процессе опытных пусков электролизеров) и зависит от состава и количества остальных компонентов шихты (свежий, флотационный, оборотный электролиты - количество и криолитовое отношение, CaF₂, MgF₂ - количество), а также от количества и состава заливаемого в период пуска пускового жидкого электролита.

Загрузка менее 20 мас. % не обеспечивает достижение необходимого результата по снижению эксплуатационных затрат на пуске.

Загрузка более 50 мас.% нецелесообразна, т.е. приводит к необходимости подшихтовки AlF₃, что повышает потери фтора в процессе.

По предлагаемой технологии в состав пусковой шихты могут быть также введены смешанный криолит и/или оборотный кусковой электролит в количестве не более 50 мас. % (по технологическим и технико-экономическим требованиям процесса электролиза) от свежего криолита.

В отличии от прототипа в предлагаемом решении натрийсодержащий компонент целиком заменен кальцинированной содой и загружается в электролизер в составе твердой пусковой шихты, в количестве 20 - 50 мас.% от шихты, кроме того, в качестве натрий-алюминиевых фторидов используют порошковый криолит и/или кусковой оборотный электролит в количестве не более 50 мас.% от свежего криолита.

Таким образом, решение обладает "новизной".

Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с прототипом и другими известными в этой области, выявленными в процессе поиска по патентной документации и научно-технической информации, показал следующее: - известна корректировка состава электролита содой при снижении криолитового отношения [2, с. 68, п.п.13.10, 13.11]; - известен способ получения алюминиево-кремниевого сплава и натриево-алюминиевых фторидов в электролизере для получения алюминия, в котором в шихту, содержащую кремнефторид натрия и глинозем дополнительно вводят карбонат натрия, содержание которого определяют по формуле: где P - весовой расход карбоната натрия на приготовление смеси, %;
C = 0,67 - 3,69 - весовое отношение кремнефторида натрия к глинозему в исходной смеси [4].

Не выявлено технических решений, которые характеризовались бы идентичными или эквивалентными сходными признаками с предлагаемым, т.е. предлагаемое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Способ осуществляется следующим образом.

В шахту электролизера загружается пусковая шихта в следующей последовательности:
1) CaF₂ ровным слоем засыпают на подину;
2) Поверх него засыпают кальцинированную соду;
3) Засыпают свежий криолит;
4) Прокладывают по периферии шахты между бортом ванны и анодом кусковой оборотный и/или смешанный порошковый (флотационный, регенерационный) криолит в количестве не более 50 мас.% от массы свежего криолита.

Затем производят заливку пускового электролита, подключение электролизера, заливку жидкого алюминия. В послепусковой период корректировку состава электролита осуществляют загрузкой в электролизер соды и фтористых солей (MgF₂, CaF₂).

Пример 1. В шахту электролизера на подину ровным слоем вокруг анода засыпают 0,7 т CaF₂, поверх него засыпают 1 т кальцинированной соды, засыпают 2,5 т свежего криолита (к.о=1,8). Заливают в электролизер 11 т пускового электролита из ванны-матки с к.о=2,9, производится подключение электролизера.

На поверхность электролита загружают слоями по мере подплавления кальцинированную соду (5 т) и криолит (3,5 т).

По мере проплавления пускового сырья и наплавления электролита заливается жидкий алюминий.

В зависимости от технологических потребностей в состав сухой пусковой шихты возможно включение порошкообразного смешанного криолита (флотационный и регенерационный криолит) и/или пускового оборотного электролита в количестве до 3 т вместо свежего криолита. От загрузки фтористых солей (количество загружаемого криолита, его модуль, количество и криолитовое отношение оборотного кускового электролита и жидкого пускового электролита варьируется и загрузка кальцинированной соды. Замена фтористого натрия в составе пусковой шихты кальцинированной содой в период пуска позволяет:
1) снизить эксплуатационные расходы на пуск электролизера за счет замены компонента шихты на более дешевый;
2) снизить температуру электролита в пусковой период, а следовательно, и расход электроэнергии, снизить потери фтористых солей;
3) сократить срок вывода электролизера на выпуск высокосортного металла за счет снижения поступления в электролит примесей Si и Fe с пусковой шихтой;
4) повысить стойкость футеровки и срок службы электролизера за счет снижения термических и механических напряжений в подине в период пуска.

По предлагаемой технологии проведены опытно-промышленные пуски электролизеров на Иркутском алюминиевом заводе, которые подтвердили технико-экономическую эффективность предлагаемого решения.

Источники информации
1. Справочник металлурга по цветным материалам. Производство алюминия. М.: Металлургия, 1971 г., с. 258 - 260.

2. Технологическая инструкция по обслуживанию алюминиевых электролизеров с верхним токоподводом. ТИ 36-Э-79, с. 62 - 64.

3. А.c. СССР N 824690, C 25 C 3/06, 1985 г.

4. Патент РФ N 2047671, C 25 C 3/36, 1995 г.

Формула изобретения

1. Способ пуска алюминиевого электролизера после капитального ремонта, включающий загрузку пусковой шихты, содержащей свежий криолит, фтористый кальций, натрий-алюминиевые фториды и натрийсодержащий компонент, заливку электролита, электрическое подключение электролизера и заливку металла, отличающийся тем, что в качестве натрийсодержащего компонента используют кальцинированную соду и поддерживают ее содержание в составе пусковой шихты 20 - 50 мас.%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве натрий-алюминиевых фторидов используют смешанный криолит и/или оборотный электролит в количестве не более 50 мас.% от массы свежего криолита.