Способ защиты катодного устройства алюминиевого электролизера

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к производству алюминия электролизом расплава солей и оксидов с обожженными и самоспекающимися анодами, и может быть использовано при проектировании новых и реконструкции действующих электролизеров. Способ защиты катодного устройства алюминиевого электролизера включает нанесение покрытия на угольные подовые блоки, верхнюю поверхность угольных подовых блоков предварительно пропитывают водными растворами чистых солей алюминия или смесью солей алюминия с солями натрия, выдерживают 20-30 минут, при этом чередуют пропитку и сушку углеграфитовых блоков 2-4 раза, чтобы увеличить глубину пропитки и уменьшить сечение пор. Обеспечивается эффективная защита катодного устройства и отсутствие загрязнения электролитического алюминия примесями металлов.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к производству алюминия электролизом расплава солей и оксидов с обожженными и самоспекающимися анодами, и может быть использовано при проектировании новых и реконструкции действующих электролизеров.

В алюминиевом электролизере с обожженными и самоспекающимися угольными анодами катодом служит углеграфитовая подина, ток к которой подводится через стальные блюмсы, и на подине находится расплавленный алюминий. Выделяющийся при электролизе алюминий собирается на катоде. После нескольких лет работы электролизера через угольные катодные блоки протекает криолитовый электролит и расплавленный алюминий. Они разрушают электролизер и выводят его из строя. [Справочник металлурга по цветным металлам. Производство алюминия. М.: Металлургия, 1971].

Недостаток этих электролизеров - пористость угольных катодных блоков достигает 12-25%, при этом происходит протекание электролита и расплавленного алюминия через подовые катодные угольные блоки между зернами спеченного углеграфита и по трещинам в катодных блоках и между ними. В результате протекания разрушается подина и корпус электролизера, и процесс электролиза прекращается. Требуется демонтировать электролизер и монтировать новый.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является US №5227045, МКИ⁵ C25D 9/04. Заявлено 30.12.91, опубликовано 13.07.93. Townsend D.W. Покрытие подины посредством пересыщения алюминием. С целью предохранения подины электролизера от разрушения расплавленными алюминием, натрием и криолитом предложено наносить на нее покрытие из TiB₂ и TiC, а также боридов и карбидов в других тугоплавких металлов (Zr, Hf, Cr, V, Nb, Та, Mo, W). Оксиды указанных металлов вводят совместно с бором в ванну вместе с глиноземом. Выделяясь одновременно с алюминием на катоде, они пересыщают металл на подине и выпадают в осадок в виде соответствующих боридов и карбидов (при взаимодействии с углеродистой подиной), образуя пленку толщиной до 50 мм. Скорость наращивания пленки 0,1-20 мм в год. Недостаток такого способа в том, что электролит и алюминий загрязняются введенными металлами, ухудшая качество электролитического алюминия.

Протекание электролита и алюминия через углеграфитовый катодный блок при электролизе происходит по открытым порам, что приводит к разрушению катодных блоков и футеровки электролизера. Ранее протекание уменьшали, создавая покрытия сверху блоков.

Задачей изобретения является предотвращение протекания расплава электролита по порам угольного блока за счет создания вакуумно-плотного слоя в виде покрытия на блоках.

Достигается это тем, что в способе защиты катодного устройства алюминиевого электролизера, включающем нанесение покрытия на верхнюю поверхность катодных угольных подовых блоков, согласно изобретению нанесение покрытия на верхнюю поверхность катодных угольных подовых блоков осуществляют пропиткой их верхней поверхности водным раствором чистых солей алюминия или смеси солей алюминия с солями натрия и выдержкой в нем в течение 20-30 минут с последующей сушкой катодных угольных подовых блоков, при этом пропитку и сушку чередуют 2-4 раза.

При одноразовой пропитке и сушке не достигается эффект защиты углеграфитовых блоков, а при числе пропиток и сушки более 4-х увеличиваются трудозатраты. По предложенному способу электролит и расплавленный алюминий не протекает через угольные подовые блоки и не происходит загрязнение электролитического алюминия примесями металлов.

В качестве соли выбираются те, которые не загрязняют электролит и алюминий, хорошо растворимы в воде. Такими солями являются сульфат Al₂(SO₄)₃ и хлорид АlСl₃ алюминия. Растворение и пропитку проводят при комнатной температуре или при нагревании до 50-60°С, чтобы ускоритьпроцесс и глубину пропитки. Кроме чистых солей алюминия можно использовать смесь солей алюминия с солями натрия и др.

При создании пропитанного слоя в углеграфитовом подовом блоке будут дополнительные положительные эффекты:

поры становятся маленького сечения (менее 0,1 мм) и не проницаемы для расплавленного алюминия за счет большого поверхностного натяжения расплавленного алюминия;

расплавленный криолитовый электролит сплавляется с пропитывающей солью, образуя тугоплавкий сплав, который предотвращает протекание расплава электролита по порам углеграфитового катодного блока;

пропитывающая соль алюминия не загрязняет алюминий и криолитовый электролит из-за малости соли в порах и ее однотипности с алюминием и криолитом.

Способ осуществления изобретения.

Готовят ванну с раствором алюминиевой соли, в эту ванну погружают катодный блок верхней его стороной вниз, выдерживают 20-30 минут, вынимают катодный блок и его высушивают, затем повторяют процесс 2-4 раза для увеличения глубины пропитки и уменьшения сечения пор и трещин, далее блок окончательно высушивают и отправляют на монтаж алюминиевого электролизера.

Указанные водные растворы солей хорошо смачивают уголь, заполняют тонкие поры, создавая вакуумно-плотный слой в виде покрытия, соответственно уменьшается вероятность проникновения электролита, алюминия и натрия в катодный блок, через него и в нижние слои футеровки под блоком.

Способ защиты катодного устройства алюминиевого электролизера, включающий нанесение покрытия на верхнюю поверхность катодных угольных подовых блоков, отличающийся тем, что нанесение покрытия на верхнюю поверхность катодных угольных подовых блоков осуществляют пропиткой их верхней поверхности водным раствором чистых солей алюминия или смеси солей алюминия с солями натрия и выдержкой в нем в течение 20-30 мин с последующей сушкой катодных угольных подовых блоков, при этом пропитку и сушку чередуют 2-4 раза.