Способ питания алюминиевого электролизера фторсолями

 

Предлагаемое изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при электролитическом производстве алюминия из криолит-глиноземного расплава. Предложен способ питания алюминиевого электролизера фтористыми солями, включающий выполнение в криолит-глиноземной корке технологического отверстия и принудительную подачу дозированного количества фтористых солей в расплав электролита, при этом технологическое отверстие выполняют непосредственно перед загрузкой фтористых солей, фтористые соли подают под уровень расплава электролита, а затем закрывают технологическое отверстие, причем фтористые соли подают под уровень расплава на глубину не более 0,75 высоты слоя электролита. Предлагаемая технология обеспечивает быструю и эффективную корректировку криолитового отношения электролита с минимальными потерями фтористых солей. 1 з.п. ф-лы.

Предлагаемое изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при электролитическом производстве алюминия из криолит-глиноземного расплава для поддержания необходимых технологических параметров электролита.

В процессе электролиза алюминия происходят потери компонентов электролита, которые необходимо восполнять как количественно (уровень электролита), так и качественно (криолитовое отношение) для стабилизации технологических показателей работы электролизера и достижения высоких технико-экономических показателей производства.

Питание электролизера фтористыми солями осуществляется в производственных условиях, как правило, загрузкой фтористых солей необходимого состава и количества на криолит-глиноземную корку, разрушением этой корки обрабатывающими машинами и подачей сыпучих фтористых солей совместно с глиноземом в электролит. При существующей технологии подачи фтористых солей в электролизер весьма значительны их потери как за счет транспортных потерь и пыления, так и за счет возгонки легколетучих компонентов под воздействием высоких температур.

Одним из путей снижения потерь фтористых солей и повышения технико-экономических показателей процесса электролиза алюминия в целом является их загрузка без общего разрушения криолит-глиноземной корки (без "вскрытия" электролизера) через локальные загрузочные отверстия.

Известны способы и устройства для автоматического питания алюминиевого электролизера глиноземом и фтористыми солями (пат. РФ № 2175688, С 25 С 3/14, 2001 г., [1], пат. РФ № 2174564, С 25 С 3/14, 2001 г., [2]).

Недостатки известных решений в том, что совместное питание глиноземом и фтористыми солями является технологически сложной проблемой, т.к. при подаче фтористых солей в высокотемпературную среду происходит их возгонка и нарушение истечения (подачи) глинозема в электролизер, т.е. нарушается режим подпитки электролизера не только фтористыми солями, но и глиноземом, что ведет к технологическим нарушениям и снижению технико-экономических показателей процесса.

Известен способ точечного питания электролизера, включающий подачу сыпучего материала в расплав, при работе точек питания по принципу замещения (пат. РФ № 2083725, С 25 С 3/08, 3/14, 1997 г., [3]).

В известном решении технологические отверстия для питания электролизера сыпучими материалами (глинозем, фтористые соли), выполненные в криолит-глиноземной корке, постоянно находятся в рабочем состоянии (открытыми), что приводит к непроизводительному расходу фтористых солей за счет их возгонки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ питания алюминиевого электролизера глиноземом и корректирующими добавками (пат. РФ. № 2121529, С 25 С 3/14, 1998 г., [4]). Известное решение выбрано в качестве ближайшего аналога. Дозированная подача сыпучего материала из емкости в расплав электролита через отверстие в корке осуществляется принудительно с помощью пробойников, совершающих возвратно-поступательные перемещения. Основные недостатки известного решения - постоянно открытое технологическое отверстие в криолит-глиноземной корке и необходимость поддержания его постоянно открытым, что влечет энергетические затраты и непроизводительные потери фтористых солей; сложное аппаратурно-технологическое оформление.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение технико-экономических показателей процесса электролиза.

Техническим результатом является эффективная и оперативная корректировка криолитового отношения электролита и снижение непроизводительного расхода фтористых солей.

Технический результат достигается тем, что в способе питания алюминиевого электролизера фтористыми солями, включающем выполнение в криолит-глиноземной корке технологического отверстия и принудительную подачу в расплав электролита дозированного количества фтористых солей, при этом технологическое отверстие выполняют непосредственно перед загрузкой фтористых солей, фтористые соли подают под уровень расплава электролита, а затем закрывают технологическое отверстие, причем фтористые соли подают под уровень расплава на глубину не более 0,75 высоты слоя электролита.

Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем. Значительную часть безвозвратных потерь фтористых солей составляют потери, происходящие при загрузке их непосредственно в электролизер, за счет пылеуноса и возгонки легколетучих компонентов.

В предлагаемом решении загрузочное технологическое отверстие выполняют в криолит-глиноземной корке непосредственно перед операцией загрузки в электролизер фтористых солей для обеспечения необходимого криолитового отношения электролита и его необходимого технологического уровня. После загрузки фтористых солей это технологическое отверстие закрывается глиноземом. Принудительная дозированная подача фтористых солей (1,0-1,5 кг/сек) под уровень электролита на глубину не более 0,75 высоты слоя электролита обеспечивает их быстрое и эффективное растворение, практически без потерь. Фтористые соли не замешиваются в катодный металл, а растворяются в потоке электролита, не выпадают в осадок на подину.

Более глубокое погружение рабочего органа загрузки фтористых солей не целесообразно из-за возможного замешивания фтористых солей в катодный металл и возможных нарушений стабильного технологического режима электролизера.

Загрузка фтористых солей в количестве 1,0-1,5 кг/сек выбрана опытным путем и обеспечивает минимальное время проведения технологической операции (снижение потерь фтористых солей за счет возгонки и, с другой стороны, обеспечивает эффективную растворимость твердого сыпучего сырья в электролите).

При меньших количествах загрузки увеличивается время, что ведет к непроизводительным потерям фтористых солей, при больших - образуется осадок на подине, т.е. фтористое сырье не успевает растворяться в электролите.

Замешивание фтористых солей в зоне подачи в объем электролита, например, с использованием мешалки лопастного типа, позволяет интенсифицировать процесс растворения фтористого сырья в электролите, сокращая тем самым время загрузки и повышая эффективность усвоения фторсодержащего сырья. Предлагаемая технология может быть реализована и при других pacходных коэффициентах и других способах интенсификации процесса.

Предлагаемая технология загрузки фтористых солей позволяет осуществлять корректировку криолитового отношения электролита и поддерживать необходимый технологический уровень электролита в ванне для обеспечения стабилизации технологических параметров процесса электролиза.

Для реализации предлагаемого способа в промышленных условиях не требуется дополнительных материальных затрат, специального оборудования и машин. Вполне возможно использование уже существующих машин для обработки и обслуживания электролизера с установкой на них узла подачи фтористых солей.

Предлагаемое решение отличается от ближайшего аналога тем, что сыпучие фтористые соли подают в технологическое отверстие, которое выполняют в криолит-глиноземной корке алюминиевого электролизера непосредственно перед загрузкой фтористых солей. Фтористые соли загружают принудительно под уровень расплава электролита на глубину не более 0,75 высоты слоя электролита, что обеспечивает их минимальные потери и эффективное растворение в электролите. Практически при использовании предлагаемой технологии необходимая корректировка криолитового отношения электролиза и его уровень достигаются через 30-40 минут с начала операции загрузки фтористых солей, что позволяет судить об оперативности корректировки и эффективности предлагаемой технологии.

Для интенсификации процесса дополнительно может быть использован активатор в виде лопастной мешалки.

Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнительный анализ предлагаемого решения с ближайшим аналогом и другими известными в данной области решениями, выявленными в процессе поиска по патентной информации и научно-технической литературе, показывает следующее:

- известны способы совместного питания алюминиевого электролизера глиноземом и фтористыми солями, включающие их подачу через открытые технологические отверстия, выполненные в криолит-глиноземной корке, в электролизер [1, 2];

- известен способ точечного питания электролизера, включающий подачу сыпучего материала в расплав, при работе точек питания по принципу замещения (глинозем-фтористые соли) [3] через открытые технологические отверстия в криолит-глиноземной корке;

- известно выполнение механически закрывающихся технологических отверстий в алюминиевом электролизере (патент РФ № 2023760, С 25 С 3/22, 1994 г., [4]).

В процессе сравнительного анализа не выявлено технических решений, которые характеризовались бы совокупностью признаков, идентичных или эквивалентных с признаками предлагаемого решения:

- загрузка фтористых солей через предварительно выполненное в криолит-глиноземной корке технологическое отверстие под уровень расплава электролита предпочтительно на глубину не более 0,75 высоты слоя электролита;

- после загрузки необходимого количества фтористых солей технологическое отверстие закрывают, например, глиноземом;

Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию изобретения "изобретательский уровень".

Предлагаемая технология реализуется следующим образом.

Сухой сыпучий фтористый алюминий загружают в электролизер для корректировки криолитового отношения (К.О.) (по данным предварительного анализа К.О.=2,58) в количестве 70 кг через технологическое отверстие, выполненное машиной для пробивки криолит-глиноземной корки.

Подачу фтористой соли осуществляли из бункера машины шнековым питателем, на концевой части которого выполнена трехлопастная мешалка-активатор, которую погружают в электролит на глубину ~400 мм (0,72 высоты слоя электролита).

Сначала включают питатель на холостом ходу, а затем при 70-80 об/мин шнека питателя, что соответствует расходу 0,4 кг/сек фтористого алюминия, осуществляют загрузку в электролит. Время загрузки - 3 минуты.

Затем питатель убирают, а технологическое отверстие закрывают глиноземом.

Через 35 минут после загрузки производился опытный отбор проб электролита на К.О.

К.О.=2,5 и соответствует необходимому технологическому.

Таким образом, с минимальными затратами произведена корректировка К.О. и питание алюминиевого электролизера фтористыми солями, что обеспечивает стабильный технологический режим и достижение высоких технико-экономических показателей процесса электролиза.

Опытно-промышленные испытания предлагаемой технологии, проведенные авторами на КрАЗе, подтвердили ее эффективность.

Источники информации

1. Патент РФ № 2175688, С 25 С 3/14, 2001 г.

2. Патент РФ № 2174564, С 25 С 3/14, 2001 г.

3. Патент РФ № 2083725, С 25 С 3/08, 3/14, 1997 г.

4. Патент РФ № 2023760, С 25 С 3/20, 1994 г.

Формула изобретения

1. Способ питания алюминиевого электролизера фтористыми солями, включающий выполнение в криолит-глиноземной корке технологического отверстия и принудительную подачу дозированного количества фтористых солей в расплав электролита, отличающийся тем, что технологическое отверстие выполняют непосредственно перед загрузкой фтористых солей, фтористые соли подают под уровень расплава электролита, а затем закрывают технологическое отверстие.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что фтористые соли подают под уровень расплава на глубину не более 0,75 высоты слоя электролита.