Способ получения алюминия электролизом криолито-глиноземного расплава с использованием оксида углерода


 


Владельцы патента RU 2532200:

Киселев Анатолий Иванович (RU)
Лайнер Юрий Абрамович (RU)
Добра Георгий (RO)
Филипеску Лоуренс (RO)

Изобретение относится к способу получения алюминия электролизом криолито-глиноземных расплавов. Способ включает направление оксида углерода в виде СО под подошву анода через выполненные в аноде каналы под давлением 1,1-1,2 атм с расходом около 1000-1050 м3 СО на тонну алюминия, причем СО получают из образующихся при электролизе отходящих газов после их газоочистки, фторирования и отмывки от СО2. Обеспечивается уменьшение расхода углерода, удешевление процесса и улучшение экологии окружающей среды. 1 пр., 1 ил.

 

Изобретение относится к цветной металлургии и химической промышленности и может быть применено при получении алюминия электролизом криолито-глиноземных расплавов.

Известен способ производства алюминия путем электролиза криолито-глиноземного расплава, основными компонентами которого являются криолит Na3AlF6, фтористый алюминий A1F3, глинозем Al2O3 (см., например, Актуальные научно-технические проблемы алюминиевой промышленности России. Сборник статей, выпуск второй. - М.: ИГЕМ РАН, 2003 г., стр.270). В промышленном электролите всегда присутствует фтористый кальций - CaF2, который снижает температуру плавления и потери алюминия. Электролит в расплавленном состоянии диссоциирует на ионы. Положительно заряженные ионы (катионы) разряжаются на катоде, отрицательные ионы (анионы) - на угольном аноде. Основной процесс на катоде - восстановление трехвалентного алюминия А13++3е=Al, на угольном аноде - происходит разряд кислородсодержащих ионов с образованием оксидов углерода СО и CO2. Суммарная реакция, происходящая при электролизе, может быть представлена в виде уравнения: Аl2O3+хС=2Al+(2х-3)СО+(3-х)CO2, т.е. теоретически в процессе электролиза расходуется глинозем и углерод (в смеси пека и кокса), а также электроэнергия на разложение глинозема и поддержания рабочей температуры, фактически же расходуются и фтористые соли. Процесс электролиза непрерывный, поэтому периодически в электролит загружают глинозем, а в анод - анодную массу. На одну тонну алюминия расходуется около 0,37 т кокса и 0,16 т пека, т.е. более 0,5 т углерода на 1 тонну алюминия. При этом образуется смесь газов СО+CO2 в количестве 1,68 т на одну тонну алюминия. Образующиеся анодные газы в настоящее время направляются в систему газоочистки (40-45%) и в атмосферу через аэрационные фонари (60-55%).

В составе валовых выбросов алюминиевых заводов доля оксида углерода составляет до 80%. На большинстве алюминиевых заводов основная часть газообразных выбросов улавливается и обезвреживается на специальных газоочистных установках.

С целью снижения расхода углерода известны способы защиты угольных анодов путем введения различных добавок (бора, марганца, кобальта и др.) в количестве от 0,1 до 0,5%, что приводит к снижению потребления углерода на несколько процентов (патенты США 3852107, 4613375).

В патенте WO 9428200 рекомендуют с целью повышения устойчивости углеродных анодов к эрозии в окислительной среде анод погружать в раствор на 2-60 минут. Пропитка проникает на глубину 1-10 см, образуя защитный слой с содержанием более 0,35% бора.

Однако приведенные патенты, направленные на уменьшение количества расхода углерода, приводят лишь к незначительному расходу углерода. Поэтому целью данного изобретения является существенное уменьшение расхода углерода, удешевление процесса и улучшение экологии окружающей среды.

Сущность способа состоит в следующем: кислород, образующийся при разложении глинозема, во время электролиза криолито-глиноземного расплава связывается в основном не с углеродом самого анода, а оксидом углерода, который направляется под подошву анода через каналы под давлением 1,1-1,2 атм. Диаметр каналов в теле анода должен обеспечить подачу около 1000-1100 м3 СО на одну тонну алюминия. Образующиеся после электролиза отходящие газы, состоящие из СО и CO2, после газоочистки, фторирования и отмывки от CO2 вновь направляются на процесс электролиза в виде СО (рис.1). При этом циркулярном процессе существенно уменьшается расход твердого анодного углерода и создаются условия для значительного улучшения экологической обстановки вблизи самого электролизера.

Пример.

Электролизер на силу тока 100 кА имеет производительность около 800 кг алюминия в сутки, при этом расходуется порядка 1600 кг глинозема. В 1600 кг глинозема содержится кислорода 752,9 кг, который может быть связан с СО в количестве 1316,0 кг или 1100 м3 СО в сутки при скорости прохождения газа 12,18 л/с или 0,012 м3/с. Принимаем, что такое количество СО будет пропущено через 14 щелевых каналов размером 4 мм-20 мм=80 мм, расположенных в каждом аноде. Тогда скорость прохождения газов СО в каналах будет составлять: W=0,012 м3/с:0,00112 м2=10,7 м/с, т.е. величина, достаточная для их прохождения. Учитывая, что в отходящих анодных газах соотношение между СО и CO2 составляет порядка 1:1, следовательно, и скорость СО будет еще меньше. Количество твердого углерода, которое будет замещаться на СО, расходуется примерно в 2 раза меньше, а благодаря возврату СО на сам процесс электролиза общее количество углерода значительно сократится.

Способ получения алюминия электролизом криолит-глиноземного расплава с использованием оксида углерода, характеризующийся тем, что для обеспечения связывания кислорода, выделяющегося в процессе электролиза, оксид углерода в виде СО направляют под подошву анода через выполненные в аноде каналы под давлением 1,1-1,2 атм с расходом около 1000-1050 м3 СО на тонну алюминия, причем СО получают из образующихся при электролизе отходящих газов после их газоочистки, фторирования и отмывки от СО2.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к обслуживанию анода электролизеров с верхним токоподводом, а именно к способу формирования вторичного самообжигающегося анода. Способ включает загрузку анодной массы, перестановку штырей, формирование вторичного анода путем загрузки дозированного количества подштыревой массы в лунку при перестановке штырей, поддержание заданных значений плотности тока и уровня электролита, прорезку периферии анода и уплотнение верхнего слоя анодной массы, при этом прорезку периферии анода осуществляют совместно с уплотнением верхнего слоя анодной массы и обработкой ультразвуком в течение 5-10 мин, частота которого составляет f=18-35 кГц.

Изобретение относится к электрохимическому способу получения металлов, за исключением щелочных и щелочно-земельных, и/или сплавов металлов. Способ включает восстановление металлов и/или сплавов в кальцийсодержащем оксидно-галогенидном расплаве из соединений получаемых металлов и/или из смесей соединений металлов получаемых сплавов.

Изобретение относится к способу электролитического получения металлов. .

Изобретение относится к металлургии цветных металлов и может быть использовано в технологии переработки отходов легкоплавких сплавов. .

Изобретение относится к способу получения алюминиево-кремниевого сплава в электролизере для производства алюминия. .

Изобретение относится к способу получения тугоплавких металлов из рудных концентратов, включающему наведение шлаковой ванны в кристаллизаторе, проведение восстановления в шлаковом расплаве пропусканием электрического тока.
Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к оборудованию для переплавки цветных металлов. .
Изобретение относится к получению сплавов благородных металлов, в частности к способу получения сплавов иридий-платина. .

Изобретение относится к кронштейну анододержателя алюминиевых электролизеров при производстве алюминия. В кронштейне анододержателя, содержащем траверсу с площадкой для крепления биметаллического переходника, ветви и ниппели, траверса выполнена в форме усеченного конуса или усеченной пирамиды и имеет отверстие в центральной части, при этом углы при основании траверсы и ветвей составляют не менее 45°. Ветви в поперечном сечении могут быть выполнены треугольной формы, в форме трапеции или овала. Обеспечивается возможность снизить накопление сырья на поверхностях элементов кронштейна и уменьшить площади прямого контакта кронштейна с биметаллическим переходником. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к холоднонабивной подовой массе для футеровки подины алюминиевого электролизера. Холоднонабивная подовая масса содержит электрокальцинированный антрацит, пластификатор и жидкое углеродное связующее, включающее каменноугольный пек, поглотительное масло и карбонат лития в качестве модифицирующей добавки. Обеспечивается повышение эксплуатационных свойств и стойкости катодного устройства, увеличение срока службы электролизера и его производительности и улучшение сортности получаемого алюминия при снижении удельного расхода электроэнергии за счет снижения электрического сопротивления в межблочном пространстве катодной футеровки. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к составу электролита для электролитического получения алюминия электролизом фторидных расплавов. Электролит содержит, мас.%: фторид натрия 26-43, фторид калия - до 12, фторид лития - до 5, фторид кальция 2-6, глинозем 2-6, фторид алюминия и примеси - остальное. Обеспечивается повышение растворимости глинозема в электролите при температуре 830-930°С, при этом не разрушаются углеродные и инертные электродные материалы и не требуется применение специальных методов очистки алюминия от компонентов расплава. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к элементу конструкции укрытия пространства над расплавом электролизера для производства алюминия электролизом криолит-глиноземных расплавов. В укрытии электролизера для производства алюминия, контактирующем с парогазовой фазой в процессе работы электролизера, содержащем центральные и периферийные секции, установленные с возможностью перемещения относительно друг друга, центральные и периферийные секции выполнены из коррозионностойкого и эрозионностойкого материала, содержащего 80,0-99,0 мас.% фторфлогопита и 20,0-1,0 мас.% огнеупорного наполнителя. Центральные секции укрытия жестко закреплены на каждой анодной штанге, а периферийные секции выполнены в виде выпуклых створок, жестко закрепленных на верхней поверхности катода с возможностью съема и опирающихся на центральную секцию укрытия. В качестве огнеупорного наполнителя использованы следующие химические соединения: глина, фторид кальция, рутил, алюмосиликат натрия, фторапофилит, нефилин, оливин, фторид магния, шпинель. На торцевой и боковые стыки центральных и периферийных укрытий нанесен слой герметика в виде слоя глинозема, кроме этого на центральной секции укрытия могут быть выполнены отверстия. Обеспечивается герметичность укрытия, надежность и безопасность конструкции, снижение энергозатрат. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх