Способ защиты катодных блоков со смачиваемым покрытием на основе диборида титана при обжиге электролизера


 


Владельцы патента RU 2502832:

Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" (RU)

Изобретение относится к способу защиты смачиваемого покрытия на основе диборида титана катодных блоков алюминиевого электролизера от окисления при обжиге и пуске. Способ включает нанесение на смачиваемое покрытие защитного слоя, сохраняющего защитные свойства во всем интервале температур обжига электролизера с температурой плавления выше максимальной температуры обжига и растворяющегося при взаимодействии с криолит-глиноземным расплавом электролита Na3AlF6·Al2O3. В качестве защитного слоя используют слой на основе водного щелочного раствора силикатов натрия Na2O(SiO2)n или калия K2O(SiO2) и термически стойкого компонента или слой на основе водного щелочного раствора силикатов натрия Na2O(SiO2)n или калия K2O(SiO2). Защитный слой применяют в следующих пропорциях от 30 до 100% (Na2O(SiO2)n или калия K2O(SiO2)) и от 30% до 70% термически стойкого компонента. В водный щелочной раствор добавляют в качестве термически стойкого компонента углеродную пыль или глинозем Al2O3. Изобретение обеспечивает повышение защитных свойств смачиваемого покрытия за счет повышенной стойкости защитного слоя в локальных участках перегрева подины при обжиге алюминиевого электролизера. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к электролитическому производству алюминия, где задача создания и сохранения смачиваемого алюминием покрытия подины (катода) считается весьма важной для действующей технологии электролиза и необходимой для перспективных конструкций электролизеров с дренированной подиной.

Технология обжига алюминиевого электролизера предусматривает его предварительный разогрев до температур, близких к эксплуатационным. Эта операция часто осуществляется несколькими способами: первый газопламенный обжиг с помощью горелок, второй электрический обжиг посредством пропускания тока через аноды, коксовую крупку и катод. При использовании газопламенного обжига действие газообразных окислителей (кислород, углекислый газ) на покрытие из диборида титана, приводит к его окислению, последствием чего является отсутствие эффекта смачивания алюминием катодного блока при эксплуатации. При использовании электрического обжига, помимо действия окислителей, присутствуют локальные участки перегрева катодных блоков, что приводит к еще более сильному выгоранию покрытия в этих местах.

Известен способ защиты смачиваемого диборидного покрытия от окисления при обжиге и пуске электролизера (De Nora V., Sekhar J.A., Duruz J.-J., Liu J.J. The start-up of aluminium electrowinning cells // W.O. Patent N 98/17843. April, 30, 1998). Предложено создание временных защитных слоев, состоящих из одного или нескольких слоев алюминиевой фольги или из металлизированного слоя с порошками Al, Ni, Fe, Ti, и др., или борсодержащего раствора, формирующего стекло, или из полимера или из раствора, содержащего фосфаты алюминия, а также всевозможные комбинации перечисленных материалов. Недостатком известного изобретения является то, что защитные свойства предлагаемых материалов в способе при газопламенном обжиге электролизера не отвечают задаче сохранения покрытия: компоненты покрытия окисляются, химический состав его изменяется, и качество существенно снижается вплоть до полной деградации технологических свойств покрытия.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ защиты смачиваемого покрытия подины при обжиге и пуске алюминиевого электролизера (патент РФ №2284373, опубликован 27.09.2006 г.) Способ включает использование временных газоплотных защитных слоев из листового материала, сохраняющего свойства газоплотности во всем интервале температур обжига, с температурой плавления выше максимальной температуры обжига, наклеенного на покрытие с помощью слоя клеевой композиции, состоящего из материала, химически взаимодействующего с газами-окислителями или электролитом.

Недостатком данного способа является трудоемкость и высокая стоимость изготовления газопроницаемого слоя при использовании в качестве материала стали, а также сохранение его от механических повреждений при проведении операций по подготовке электролизера к обжигу при использовании в качестве материала стекла.

Задачей изобретения является упрощение и снижение стоимости нанесения защитного слоя на катодные блоки алюминиевого электролизера с повышением изоляционных свойств защитного слоя в период обжига и пуска электролизера.

Технический результат при использовании предлагаемого изобретения состоит в повышении защитных свойств смачиваемого покрытия за счет повышенной стойкости защитного слоя в локальных участках перегрева подины при обжиге алюминиевого электролизера при использовании менее дорогостоящих материалов.

Поставленная задача решается тем, что в способе защиты смачиваемого покрытия на основе диборида титана на катодных блоках алюминиевого электролизера от окисления при обжиге и пуске алюминиевого электролизера путем нанесения защитного слоя, сохраняющего защитные свойства во всем интервале температур обжига электролизера, с температурой плавления выше максимальной температуры обжига, который растворяется при взаимодействии с криолит-глиноземным расплавом электролита Na3AlF6·Al2O3, в качестве защитного слоя используют покрытие на основе водного щелочного раствора силикатов натрия Na2O(SiO2)n или калия K2O(SiO2) и термически стойкого компонента или покрытие на основе водного щелочного раствора силикатов натрия Na2O(SiO2)n или калия K2O(SiO2).

Заявляемый способ дополняют зависимые пункты, направленные на достижение указанного технического результата.

Покрытие может изменяться в следующих пропорциях: от 30 до 100%((Na2O(SiO2)n или калия K2O(SiO2)) и от 30% до 70% термически стойкого компонента.

Для повышения защитных свойств, при обжиге подины электролизера газопламенным способом, в раствор добавляется термически стойкий материал, например глинозем (Al2O3).

При выполнении электрического обжига в раствор силикатов натрия Na2O(SiO2)n или калия K2O(SiO2) добавляется термически стойкий материал - углеродная пыль, что обеспечивает снижение фактического сопротивления защитного слоя, что является не маловажным при данном способе обжига, а также обеспечивает повышенную стойкость защитного слоя в локальных участках перегрева подины при обжиге.

Полученный защитный слой в процессе пуска электролизера начинает растворяться в криолит-глиноземном расплаве, еще на этапе заливки жидкого электролита без подключения электролизера к токовой нагрузке, что в дальнейшем не создает препятствия прохождению тока через катодные блоки электролизера.

Для проверки и сравнительных испытаний эффективности защиты в идентичных условиях был апробирован ряд вариантов нанесения защитных покрытий на образцы. На углеграфитовые цилиндрические образцы размером 50×100 со смачиваемым покрытием на основе диборида титана наносили защитное покрытие толщиной 2-3 мм и просушивали при комнатной температуре. Данные образцы помещали в муфельную печь и моделировали процесс обжига путем нагрева в течение 48 часов до температуры 950 градусов, окислителем в данном процессе являлся воздух. Эффективность защиты покрытия проверяли путем рентгенофазового анализа смачиваемого покрытия на основе диборида титана, путем проверки образцов на смачиваемость при электролизе, а также визуально, на предмет отсутствия окрашивания поверхности в характерный желто-коричневый цвет. В таблице приведены составы защитных слоев и качественные результаты рентгенофазового анализа, а также визуального контроля покрытия после обжига. Газовая среда во всех примерах - окислительная (воздух).

Таблица
№ п.п. Состав покрытия Испытание Результат
1 Na2O(SiO2) - 100% Газопламенный обжиг 48 часов Целостность покрытия сохранилась, окисление покрытия TiB2 не зафиксировано
2 Na2O(SiO2) - 50%, графитовая пыль - 50% Газопламенный обжиг 48 часов, 24 часа в криолит-глиноземном расплаве Целостность покрытия сохранилась, окисление покрытия TiB2 не зафиксировано
3 Na2O(SiO2) - 30%, шамотная крупка - 70% Газопламенный обжиг 48 часов Целостность покрытия нарушено, зафиксированно частичное окисление покрытия TiB2

Предлагаемый способ испытан на промышленных электролизерах на которых использовались катодные блоки со смачиваемым покрытием из диборида титана. Результаты работы электролизеров после пуска подтверждают отсутствие деградации смачиваемого покрытия подины и, следовательно, об эффективности предлагаемого способа защиты.

1. Способ защиты смачиваемого покрытия на основе диборида титана на катодных блоках алюминиевого электролизера от окисления при обжиге и пуске алюминиевого электролизера, включающий нанесение на смачиваемое покрытие защитного слоя, сохраняющего защитные свойства во всем интервале температур обжига электролизера, температура плавления которого выше максимальной температуры обжига, и растворяющегося при взаимодействии с криолит-глиноземным расплавом электролита Na3AlF6·Al2O3, отличающийся тем, что в качестве защитного слоя наносят слой на основе водного щелочного раствора силикатов натрия Na2O(SiO2)n или калия K2O(SiO2) и термически стойкого компонента или слой на основе водного щелочного раствора силикатов натрия Na2O(SiO2)n или калия K2O(SiO2).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что водный щелочной раствор применяют в следующих пропорциях от 30 до 100% Na2O(SiO2)n или калия K2O(SiO2) и от 30% до 70% термически стойкого компонента.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в водный щелочной раствор добавляют в качестве термически стойкого компонента углеродную пыль.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в водный щелочной раствор добавляют в качестве термически стойкого компонента глинозем Al2O3.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электролизеру в серии электролизеров для получения алюминия и составному токоотводящему катодному стержню электролизера. Электролизер содержит кожух и огнеупорную футеровку, образующие рабочую полость для размещения высокотемпературных расплавов криолита и алюминия, электропроводящий катод из множества катодных блоков, образующих основание рабочей полости, анод, подвешенный внутри электролизера и находящийся в контакте с высокотемпературными расплавами в рабочей полости, токоотводящий стержень, помещенный внутри пазов, выполненных в катодном блоке катода, непосредственно не контактирующий с расплавами в рабочей полости, и размещенную снаружи кожуха электрическую ошиновку.

Изобретение относится к способу создания смачиваемого покрытия углеродной подины алюминиевого электролизера. .

Изобретение относится к способу определения концентрации глинозема в криолит-глиноземном расплаве при электролитическом производстве алюминия. .

Изобретение относится к способам получения металлов, в частности алюминия, или сплавов электролизом расплавленных солей с кислородсодержащими добавками с использованием металлического и оксидно-металлического керметного инертного анода.

Изобретение относится к области цветной металлургии, к электролитическому получению алюминия. .

Изобретение относится к конструкции мощного алюминиевого электролизера на 400 кА. .

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к электролитическому получению алюминия, и предназначено для сжигания анодных газов в горелочных устройствах электролизеров с самообжигающимся анодом.

Изобретение относится к способу электролитического производства алюминия из глиноземсодержащего фторидного расплава. .

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для получения металлов электролизом расплавленных электролитов с инертными анодами, в частности для электролитического производства алюминия из глиноземсодержащего фторидного расплава в электролизере с анодом, состоящим из оксидного проводящего керамического материала на основе диоксида олова, имеющего структуру типа рутила.

Изобретение относится к устройству и способу выливки расплавленного металла из-под слоя расплавленного электролита, менее плотного, чем металл. .
Изобретение относится к композиции для материала смачиваемого покрытия катода алюминиевого электролизера для производства алюминия из криолит-глиноземных расплавов. В составе порошковой композиции для материала смачиваемого покрытия катода алюминиевого электролизера, содержащей функциональный компонент диборид титана, связующее и инертный наполнитель, связующее содержит одновременно два вида связующих - неорганическое, а именно насыщенный кислый раствор трихлорида алюминия, и органическое, а именно полимер с высоким коксовым числом. Обеспечивается улучшение характеристик формования порошковой композиции, увеличение механической прочности и электропроводности материала, синтезированного из нее, улучшение качества, служебных свойств конечного смачиваемого материала катодного покрытия, что способствует увеличению его срока службы и повышению технико-экономических показателей электролизера.

Изобретение относится к системе и способу для выливки расплавленного алюминия из электролизера для получения алюминия. Система содержит контейнер, имеющий корпус, приспособленный для помещения в него расплавленного алюминия, и желоб, имеющий участок-основание, соединенный с корпусом контейнера, участок-наконечник, соприкасающийся с расплавом в электролизере, и канал, соединяющий участок-основание с участком-наконечником, для прохождения расплава в корпус контейнера, причем расплав в электролизере содержит расплавленный алюминий и электролит, и электрический источник, соединенный с электролизером и выполненный с возможностью подачи вспомогательного тока на желоб для создания вспомогательного электромагнитного поля по меньшей мере вблизи участка-наконечника желоба, обеспечивающего по меньшей мере частичное увеличение потока расплавленного алюминия в желоб при поступлении вспомогательного тока на желоб, находящийся в жидкостном сообщении с расплавом в электролизере. Раскрыт также способ выливки алюминия из электролизера. Обеспечивается облегчение удаления расплава из электролизера. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 2 ил.

РЕФЕРАТ Изобретение относится к устройству для сбора твердых отходов и шлама из ванны электролизера для получения алюминия. Устройство содержит ковш для сбора корки, предназначенный для чистки анодных отверстий, подвижную вертикальную стойку, приводимую в движение первым приводом, раму, закрепленную на подвижной вертикальной стойке, и шарнирный черпак, при этом первый привод выполнен в виде гидроцилиндра, питаемого гидравлическим контуром, выполненным таким образом, что при приведении в движение черпака посредством второго привода давление масла в камере штока удерживается, по существу, постоянным, для удерживания нагрузки, соответствующей весу устройства для сбора, уменьшенной на заданную величину, предпочтительно, меньше 1000 даН, обычно от 200 до 600 даН. Предпочтительно, участок контура, питающий камеру штока, снабжен регулятором давления. Раскрыты также сервисный модуль и сервисное устройство для электролизера для получения алюминия. Обеспечивается возможность сбора отходов, выскабливая днище ванны без повреждения последней. 4 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к способу обжига подины алюминиевого электролизера с обожженными анодами. Способ включает нагрев подины, выполненной из катодных блоков с катодными блюмсами, электропроводным материалом, размещение на нем обожженных анодов, соединение анододержателей установленных обожженных анодов с анодными шинами анодной ошиновки электролизера, пропускание электрического тока через электропроводный материал и регулирование токовой нагрузки обожженных анодов. В качестве электропроводного материала используют насыпной графитовый материал с фракцией не более 2 мм, размещенный в виде рядов усеченной пирамиды расположенных в проекции ниппелей по всей длине обожженного анода, при этом высоту каждого ряда устанавливают 10 мм до 100 мм в обратно пропорциональной зависимости от силы пропускаемого тока, составляющего от 500 кА до 100 кА, а соединение всех анододержателей установленных обожженных анодов с анодными шинами анодной ошиновки электролизера осуществляют посредством гибких элементов. Обеспечивается повышение срока службы электролизера. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электролизерам для получения алюминия с верхним подводом тока, в частности к устройству отвода газов из-под подошвы самообжигающегося анода. В устройстве отвода газов из-под подошвы самообжигающегося анода в систему организованного газоотсоса в виде труб, запеченных в тело анода по его продольной или поперечной осям в один или несколько рядов, трубы для отвода газов расположены но всей высоте анода, при этом в зоне жидкой анодной массы высота труб составляет 0,25÷0,3 от общей высоты труб, в зоне полукокса трубы выполнены перфорированными, и их высота составляет 0,5÷0,6 от общей высоты труб, а в нижней части в зоне сформированного анода трубы снабжены газопроводящими пробками, высота которых составляет 0,2÷0,25 от общей высоты трубы. При этом газопроводящие пробки выполнены из подштыревой анодной массы с содержанием связующего - каменноугольного пека 35-40% масс. Обеспечивается уменьшение толщины газосодержащего слоя электролита, сокращение потребления электролизером электроэнергии и увеличение выхода металла по току. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к получению алюминия электролизом глинозема в расплаве фтористых солей и может быть использовано при технологическом контроле состава электролита методом количественного рентгенофазового анализа (РФА) калийсодержащего электролита с добавками кальция либо кальция и магния. Способ подготовки образцов для количественного РФА заключается в том, что отобранные из ванн закристаллизованные пробы подвергаются процедуре допирования с последующей термической обработкой. Для этого навеску перемолотого образца перемешивают с навеской фторида натрия для перевода состава пробы в область высокого КО, например, взятой в соотношении 1:2 к массе образца. Смесь помещают в печь, нагретую до необходимой температуры 650-750°C, и выдерживают в ней в течение 20-40 минут для растворения фторида натрия в образце и перекристаллизации образца с желаемым фазовым составом при последующем охлаждении на воздухе. Далее допированный образец помещают в печь, нагретую до температуры 420-450°C, и выдерживают в ней в течение 15-30 минут. После этого допированный образец извлекают из печи, охлаждают на воздухе и проводят анализ состава любым из методов количественного РФА и, учитывая количество внесенного NaF, рассчитывают состав исходной пробы. Применение допирования отобранных проб с дополнительной термической обработкой позволяет получить образцы с равновесным фазовым составом с известными кристаллическими фазами и с хорошей окристаллизацией фаз в пробе, что является необходимым при применении методов количественного РФА. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

Изобретение относится к очистке основного потока неочищенного газа из предприятия, например, по получению алюминия. Газоочистное устройство содержит множество газоочистных камер (34a-c), входную магистраль (32) для разделения основного потока неочищенного газа, текущего через нее, на множество отдельных фракционных потоков неочищенного газа для втекания во входы (46a-c) очистных камер и множество теплообменников (40a-c). Каждый теплообменник (40a-c) расположен ниже по потоку от входной магистрали (32) для охлаждения соответствующего фракционного потока неочищенного газа, входящего в соответствующую очистную камеру (34a-c). Теплообменники (40a-c) выполнены с возможностью генерирования перепада давления во фракционном потоке неочищенного газа, проходящем через них, оказывая выравнивающий эффект на относительные скорости индивидуальных фракционных потоков газа. Технический результат: повышение эффективности и надежности газоочистки. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к способу электролитического получения алюмокремниевых сплавов -силуминов с использованием кремнезема и кремнеземсодержащих материалов, например, отработанной подины, содержащей большое количество кремнезема, глинозема и электролита, необходимых для электролиза. Способ включает предварительную обработку измельченного алюмосиликатного сырья, содержащего отработанную подину, глинозем и электролит, механоактивацией как отдельно, так и в смеси с глиноземом, периодическую загрузку подготовленного сырья в электролизер и проведение электролиза расплава с образованием силумина непосредственно в ванне электролита. Обеспечиваются высокая скорость растворения сырья, снижение напряжения и расхода энергии и увеличение срока службы электролизера.

Изобретение относится к графитированному фасонному катодному устройству для получения алюминия. Катодное устройство содержит основной блок и графитированный катодный замедлительный блок. На продольных кромках основного блока симметрично выполнены две группы канавок. Сырьевой материал, из которого изготовляется упомянутый графитированный катодный замедлительный блок, включает в себя кальцинированный нефтяной кокс, электрокальцинированный антрацит, каменноугольный пек, легирующую добавку TiB2 и добавку SiC. Графитированный катодный замедлительный блок вставлен в канавку, образованную обеими упомянутыми канавками, с перекрыванием соединительного шва между двумя основными блоками. Обеспечивается достижение эффекта сбережения электроэнергии и снижения затрат, уменьшения эффективной толщины основного блока и влияния на его срок эксплуатации, и достижение частичного структурного усиления основного блока и продления срока эксплуатации электролизера. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способу и устройству для рафинирования алюминия и его сплавов от электроположительных примесей. Устройство содержит контейнер с подиной, футерованной огнеупорными материалами, для размещения в нем расплавленного алюминиевого сплава с электроположительными примесями и расплавленного рафинированного алюминия, одну или несколько пористых мембран, пропитанных электролитом, непроницаемых для расплавленного алюминиевого сплава с электроположительными примесями и проницаемых для электролита и катионов алюминия, для разделения расплавленного алюминиевого сплава с электроположительными примесями, используемого в качестве анода с токоподводом, и расплавленного рафинированного алюминия в качестве катода с токоподводом и по крайней мере один МГД перемешиватель анодного расплава, установленный на границе раздела пористая мембрана - анодный расплав. Раскрыт также способ рафинирования алюминия и его сплавов от электроположительных примесей. Технический результат - обеспечение повышенной степени очистки. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх