Способ формирования вторичного анода алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом


 


Владельцы патента RU 2536321:

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

Изобретение относится к способам формирования вторичного анода алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом. Способ включает использование связующего нефтекаменноугольного пека с удельной плотностью 1,25-1,30 г/см3, преимущественно 1,27-1,29 г/см3, и содержанием бенз(а)пирена не более 7 мг/г пека, приготовление подштыревой анодной массы с содержанием связующего 30-40%, преимущественно 32-36%, формирование вторичного анода из приготовленной подштыревой анодной массы. Обеспечивается снижение выбросов бенз(а)пирена на 48% при производстве алюминия.

 

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к производству алюминия электролитическим способом в электролизерах с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом и предназначено для формирования вторичного анода при перестановке анодных штырей.

Для формирования самообжигающегося анода алюминиевого электролизера используют анодную массу, состоящую из частиц твердого наполнителя (нефтяной, пековый кокс, антрацит) и каменноугольного пека в качестве связующего. При нагреве каменноугольного пека происходит его коксование с выбросом смолистых веществ и бенз(а)пирена. Соответственно при снижении количества или замене каменноугольного пека в анодной массе достигается определенное снижение выбросов. Одним из мероприятий по снижению количества каменноугольного пека является раздельная загрузка основной анодной массы и специальной анодной массы, загружаемой под токоподводящий штырь алюминиевого электролизера. Такую анодную массу принято называть подштыревой. При вынимании штыря из тела анода образуется лунка с температурой в нижней ее части более 800°C. При попадании подштыревой анодной массы на дно лунки происходит ее быстрое плавление и коксование с залповым выбросом смолистых веществ, большая часть которых не улавливается существующими системами газоочистки. Таким образом, при относительной небольшой доле подштыревой анодной массы (6-8 масс.%, от всей анодной массы) происходит выделение 60-80% загрязняющих атмосферу вредных веществ.

Известны способы формирования анода с целью снижения выбросов смолистых и улучшения условий труда, основанные на частичной замене анодной массы материалами неуглеродного происхождения или послойного формирования анода.

По способу [патент на изобретение №2040592, м.кл. C25C 3/12, 1995.07.25] на дно подштыревой лунки помещают глиноземсодержащее сырье, поверх него засыпают углеродную пробку.

По способу [патент на изобретение №2148107, м.кл. C25C 3/12, 2000.04.27] поверхность анода вокруг переставляемых штырей за 12-24 ч до их перестановки подсушивают дополнительной загрузкой корректировочной анодной массы с пониженным содержанием связующего. Для сохранения формы подштыревой лунки в нее устанавливают пробку из неферромагнитного материала диаметром, равным диаметру штыря. Пробку извлекают после расплавления анодной массы перед установкой штыря.

По способу [патент на изобретение №RU 2068461, м.кл. C25C 3/12, 1996.10.27] анод формируется периодической загрузкой брикетов углеродистой массы на предварительно очищенную поверхность анода с коэффициентом текучести 2,6-3,2, а на нее загружают массу с коэффициентом текучести 1,1-1,5.

К недостаткам способов-аналогов относятся использование неуглеродных материалов, имеющих низкую электропроводность, приводящих к формированию неоднородного вторичного анода и загрязнению алюминия-сырца нежелательными примесями. Кроме того, способы-аналоги не позволяют существенно снизить выбросы смолистых веществ, т.к. процент замещения анодной массы другими материалами невелик и сохраняется высокое содержание каменноугольного пека при периодической загрузке брикетов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ получения алюминия [Япония заявка №53-42283, 1978.11.10], согласно которому на поверхности анодной массы поддерживается слой нерасплавленных брикетов, обеспечивающих температуру поверхности анода менее 130°C и включающий приготовление подштыревой массы из наполнителя и связующего и загрузку подштыревой массы в подштыревые отверстия после извлечения анодных штырей. При этом лунка, образующаяся при извлечении штыря, не затягивается жидкой анодной массой.

Недостатком данного способа является необходимость загрузки в подштыревую лунку анодной массы с повышенным содержанием каменноугольного пека, следовательно, снижения выбросов смолистых веществ и бенз(а)пирена не происходит.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение выбросов смолистых веществ и бенз(а)пирена.

Поставленная задача достигается тем, что в способе формирования вторичного анода алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом, включающем приготовление подштыревой массы из наполнителя и связующего, загрузку подштыревой массы в подштыревые отверстия после извлечения анодных штырей, согласно заявляемому изобретению, при подготовке подштыревой массы в качестве связующего используют нефтекаменноугольный пек с удельной плотностью 1,25-1,30 г/см3, преимущественно 1,27-1,29 г/см3, и содержанием бенз(а)пирена не более 7 мг/г пека, при этом содержание связующего в подштыревой массе составляет 30-40%, преимущественно 32-36%.

Техническая сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

При формировании самообжигающегося электролизера с верхним токоподводом происходит выделение смолистых веществ и бенз(а)пирена за счет коксования каменноугольного пека, входящего в состав анодной массы, загружаемой в верхнюю часть анода и в подштыревую лунку. Согласно данным исследования [Аншиц А.Г. и др. «Сравнительная оценка эмиссии канцерогенных веществ при использовании средне- и высокотемпературных пеков» // Химия в интересах устойчивого развития, 2001, №9, с.345-352] до 80% смолистых веществ и бенз(а)пирена выделяется в процессе перестановки токоподводящих штырей. При этом доля используемой подштыревой массы составляет всего 6 масс.% от всей анодной массы, загружаемой в электролизер. Таким образом, заменой каменноугольного пека только в подштыревой анодной массе достигается существенное снижение выбросов смолистых веществ и бенз(а)пирена. При этом не требуются значительные материальные вложения, как, например, при полном переводе всего анода на некаменноугольное связующее.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается тем, что для подштыревой анодной массы используют связующее с низким содержанием бенз(а)пирена не более 7 мг/ г пека, при этом физико-механические характеристики вторичного анода соответствуют стандартным характеристикам анода за счет ограничения плотности связующего 1,25-1,30 г/см3. Использование связующего с плотностью менее 1,25 г/см3 приведет к формированию пористого вторичного анода с низкой электропроводностью и высокой газопроницаемостью. Это повлечет повышенный расход электроэнергии и анодной массы. Использование связующего с плотностью более 1,30 г/см3 нежелательно, т.к. увеличение плотности происходит за счет появления более высококонденсированных ароматических соединений, например дибенз(а,h)антрацена, бенз(ghi)перилена, канцерогенная токсичность которых превышает токсичность бенз(а)пирена [Trygve Eidet, Morten Sorlie. PAH Emissions from Soderberg with Standard and РАН-reduced Binder Pitches. Light Metals, 2004, p.527]. Использование подштыревой анодной массы с содержанием связующего менее 30% при формировании вторичного анода приведет к техническим трудностям при установке токоподводящих штырей на заданную высоту и плохому контакту штырь-анод за счет низкой пластичности анодной массы. Использование подштыревой анодной массы с содержанием связующего более 40% отрицательно повлияет на механическую прочность сцепления штырь-анод, удельное сопротивление вторичного анода.

Технический результат достигается за счет:

- использования связующего нефтекаменноугольного пека с удельной плотностью 1,25-1,30 г/см3, преимущественно 1,27-1,29 г/см3, и содержанием бенз(а)пирена не более 7 мг/г пека;

- приготовления подштыревой анодной массы с содержанием связующего 30-40%, преимущественно 32-36%;

- формирования вторичного анода с использованием приготовленной подштыревой анодной массы.

Таким образом, заявляемый способ производства анодной массы для самообжигающегося анода соответствует критерию «новизна».

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что делает возможным сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».

Заявляемый способ подтверждается проведением расчетов.

Пример 1. При использовании стандартного каменноугольного пека с удельной плотностью 1,32 г/см3 и содержанием бенз(а)пирена 10 мг/г пека готовят стандартную анодную массу и подштыревую анодную массу с содержанием связующего 40%. При эксплуатации анода на каменноугольном пеке выбросы смолистых и бенз(а)пирена с поверхности анодной массы составляют 20%, а выбросы при загрузке подштыревой массы 80% от всего объема.

При замене только в подштыревой анодной массе каменноугольного пека на связующее, например нефтекаменноугольный пек, с удельной плотностью 1,27 г/см3 и содержанием бенз(а)пирена 5 мг/г пека выбросы бенз(а)пирена уменьшатся в 2 раза, т.е. с 80% до 40%. Таким образом, общие выбросы с анода уменьшатся на 40% и изменится соотношение между выбросами с поверхности анода и при перестановке штырей. Это соотношение составит 34% и 66% соответственно.

Пример 2. При приготовлении подштыревой анодной массы используют связующее, например нефтекаменноугольный пек, с удельной плотностью 1,27 г/см3 и содержанием бенз(а)пирена 5 мг/г пека, при этом количество связующего уменьшают с 40% до 35%. Если при 40% связующего подштыревая анодная масса дает 66% выбросов, то 35% этого же связующего дадут 58%, т.е. произойдет дополнительное снижение выбросов на 8%.

Таким образом, использование предлагаемого способа формирования анода при замене и одновременном снижении количества связующего в подштыревой массе позволяет снизить общее количество вредных выбросов смолистых веществ и бенз(а)пирена на 40+8=48%.

Способ формирования вторичного анода алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом, включающий приготовление подштыревой массы из наполнителя и связующего и загрузку подштыревой массы в подштыревые отверстия после извлечения анодных штырей, отличающийся тем, что при подготовке подштыревой массы в качестве связующего используют нефтекаменноугольный пек с удельной плотностью 1,25-1,30 г/см3, преимущественно 1,27-1,29 г/см3, и содержанием бенз(а)пирена не более 7 мг/г пека, при этом содержание связующего в подштыревой массе составляет 30-40%, преимущественно 32-36%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу производства анодной массы для анодов алюминиевого электролизера, включающий регулирование процесса производства анодной массы путем изменения соотношения компонентов в коксопековой композиции.

Изобретение относится к способу подготовки анодной массы для формирования сырых анодов электролизера производства алюминия электролизом расплавленных солей. Способ включает приготовление шихты зерновых и пылевых фракций кокса, регулирование гранулометрического состава фракций кокса, нагрев шихты и смешивание шихты с пеком-связующим, охлаждение полученной анодной массы, формирование полученных сырых анодов.

Изобретение относится к способу обслуживания алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом в процессе его эксплуатации. Способ включает загрузку анодной массы в анодный кожух, перемещение анодного кожуха, перемещение анодной рамы относительно зеркала катодного металла и перестановку анодных штырей, при этом для перемещения анодной рамы определяют зависимость порога магнитогидродинамической (МГД) устойчивости электролизера от положения анодной рамы относительно зеркала катодного металла с построением графика, на котором определяют нижнее и верхнее положения анодной рамы относительно зеркала катодного металла, и при достижении анодной рамой позиции, соответствующей равенству упомянутых положений рамы относительно зеркала катодного металла, определяющему заданный порог МГД-устойчивости, осуществляют перемещение анодной рамы.

Изобретение относится к анододержателю анодного устройства алюминиевых электролизеров. Анододержатель содержит кронштейн с двумя и более ниппелями, расположенными равномерно или с разным шагом вдоль продольной оси обожженного угольного блока и закрепленными в выполненных в нем ниппельных гнездах, при этом ниппели имеют сужения с площадью поперечного сечения, равными 0,3÷0,9 площади поперечного сечения ниппеля в заделке анодного блока, выполненные над поверхностью угольного блока на расстоянии от 0,01-0,2 до 0,21-0,9 расстояния от поверхности угольного анода до горизонтальной части кронштейна.

Изобретение относится к металлическому аноду выделения кислорода для электрохимического извлечения алюминия разложением глинозема, растворенного в расплавленном электролите на основе криолита.

Изобретение относится к способу удаления за один этап чугунных заливок, закрепленных на ниппелях, связанных с ножками анодной штанги. Способ включает следующие этапы: а) размещают ножку анодной штанги между упорным устройством и устройством воздействия, причем устройство воздействия может быть перемещено при помощи приводного механизма в направлении упорного устройства, которое охватывает, по меньшей мере частично, каждый из n ниппелей анодной штанги и представляет собой упорную поверхность, блокирующую поступательное перемещение соответствующей чугунной заливки, b) перемещают устройство воздействия в направлении упорного устройства таким образом, чтобы устройство воздействия входило в контакт с ножкой анодной штанги и увлекало ее за собой вплоть до того момента, когда ножка анода войдет в контакт с упорным устройством, с) продолжают перемещения устройства воздействия таким образом, чтобы каждая чугунная заливка, заблокированная связанной с ней упорной поверхностью, была отсоединена от соответствующего ниппеля, d) останавливают и отводят назад устройство воздействия.
Изобретение относится к способу получения связующего для электродной массы. .

Изобретение относится к анодному устройству алюминиевых электролизеров. .

Изобретение относится к способу производства анодной массы для самообжигающихся анодов алюминиевых электролизеров и может быть использовано в производстве обожженных анодов.

Изобретение относится к конструкции анодного устройства алюминиевого электролизера с механизмом перемещения анодной ошиновки. .

Изобретение может быть использовано при изготовлении композиционного оксидно-металлического инертного кислородвыделяющего анода для электролитического получения металлов, в частности, алюминия. Состав шихты для изготовления указанного анода включает смесь оксидной и металлической составляющих, взятых в следующем соотношении, мас.%: металлическая - 10-30, оксидная - остальное. Оксидная составляющая включает смесь двух или более микроразмерных порошков оксидов, выбранных из ряда: оксид никеля, оксид железа, оксид меди, оксид хрома. Металлическая составляющая включает микроразмерные порошки меди или сплава на основе меди, а также содержит 2-10 мас.% наноразмерного порошка меди или сплава на основе меди с размером частиц до 100 нм. Изобретение позволяет увеличить удельную электропроводность анода при температуре 750-850 °C и снизить скорость его коррозии при низкотемпературном электролитическом получении алюминия из оксидно-фторидного расплава. 4 ил., 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к электролизеру с обожженными анодами для производства алюминия. Электролизер содержит угольные аноды с вертикальными отверстиями и катодное устройство со слоем жидкого алюминия на подине, при этом внутренняя поверхность каждого отверстия анода защищена корундовой трубкой, высота которой превышает высоту анода, отношение этих высот удовлетворяет условию h:H=(1,05÷l,15):1, где: h - высота корундовой трубки; H - высота анода и количество отверстий в аноде составляет не менее одного. Обеспечивается уменьшение удельного потребления электроэнергии электролизером с обожженным анодом на 300-400 кВт·ч/т Al и исключение риска загрязнения производимого электролизером алюминия примесями при растворении корундовой трубки в электролите. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к анодному блоку из углерода для предварительно обожженного анода электролизера по производству алюминия. Анодный блок имеет верхнюю сторону, нижнюю сторону, размещаемую напротив верхней стороны катода, четыре боковые стороны и по меньшей мере одну канавку, выходящую на по меньшей мере одну из боковых сторон, на которой упомянутая канавка имеет максимальную длину Lmax в плоскости, параллельной нижней стороне, при этом упомянутая канавка не выходит на упомянутые нижнюю или верхнюю стороны или выходит на упомянутые верхнюю или нижнюю стороны на длину L0, меньшую половины максимальной длины Lmax. Раскрыты также способ изготовления анодного блока, обожженный анод, электролизер для производства алюминия электролизом в расплавленных солях и способ производства алюминия. Обеспечиваются возможность устранения отвода анодного газа из-под анода без нарушения целостности последнего и повышение срока службы анода. 5 н. и 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к аноду для электролитического получения алюминия электролизом фторидных расплавов при температуре менее 930°C. Анод содержит основу, выполненную из сплава, содержащего в мас.%: железо 65-96, медь до 35, никель до 20 и одну или несколько добавок молибдена, марганца, титана, тантала, вольфрама, ванадия, циркония, ниобия, хрома, алюминия (до 1), кобальта, церия, иттрия, кремния и углерода в сумме до 5, и защитный оксидный слой, состоящий главным образом из оксидов железа и комплексных оксидов железа, меди и никеля. Основа изготовлена путем литья в металлические или песчаные формы. Защитный оксидный слой на поверхности анода получен путем предварительного окисления на воздухе при температуре 850-1050°C или непосредственно в процессе электролиза окислением выделяющимся на аноде кислородом. Защитный оксидный слой на поверхности анода имеет толщину 0,1-3,0 мм. Обеспечивается увеличение срока эксплуатации анода. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия. Технический результат - повышение точности контроля токораспределения. Устройство содержит электромагнитный датчик, нормализатор входных сигналов, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и микропроцессор. Причем датчик установлен на одном конце шеста, выполненного из непроводящего ток материала и длина которого достаточна для свободного доступа к проводнику с током, а его выход подключен через последовательно соединенные нормализатор входных сигналов и АЦП к микропроцессору. Выход микропроцессора оснащен USB разъемом для считывания накопленной информации об измеренных значениях тока. Устройство снабжено вторым электромагнитным датчиком, установленным напротив первого датчика относительно центра проводника с током, при этом электромагнитные датчики соединены последовательно и зафиксированы с помощью ограничителя, а их общий выход подключен витой парой к входу нормализатора входных сигналов. 2 ил.

Изобретение относится к производству алюминия электролитическим способом на электролизерах с угольными и малорасходуемыми анодами. Способ снижения анодного перенапряжения включает подачу на анод импульсов тока высокой частоты с использованием генератора высокочастотных импульсов переменного тока и варьированием частоты импульсов тока от 104 до 108 Гц. Обеспечивается снижение удельного расхода электроэнергии при получении алюминия путем снижения анодного поверхностного перенапряжения гетерогенной реакции образования СО2 за счет дополнительного нагрева и влияния импульсов переменного тока на кинетику электродных процессов. 11 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к способу изготовления анодной массы для анодов алюминиевых электролизеров. Способ включает приготовление анодной массы смешением зерновых фракций углеродного наполнителя в виде кокса с предварительно подготовленной связующей матрицей (СМ) на основе пылевой фракции кокса и пека в качестве связующего и регулировании гранулометрического состава (СМ) относительно заданного значения логарифма вязкости связующей матрицы корректировкой соотношения пылевых фракций при определении вязкости связующей матрицы в автоматическом режиме. Обеспечивается улучшение и стабилизация свойств анодной массы за счет управления ее пластичностью. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к электролитическому получению алюминия с применением инертных анодов из литых композиционных материалов с коррозионно-стойким покрытием анода. Способ получения инертного анода из литого композиционного материала, одной из составляющих которого является металлический сплав системы Cu-Ni-Fe, а другой составляющей оксидное покрытие, включающий приготовление сплава системы Cu-Ni-Fe, его перегрев до заданной температуры и заливки в кокиль с последующим формированием оксидного покрытия на его поверхности, в сплав системы Cu-Ni-Fe, предварительно модифицированный церием, в количестве 0,02-0,04 мас.% при температуре 1400-1450°C при тщательном перемешивании вводят порошок феррита никеля, с размером частиц не более 0,1 мкм в количестве 5-40 мас.%, предварительно синтезированный и плакированный металлом-протектором. Техническим результатом является получение инертного анода с низким удельным электросопротивлением, высокой коррозионной стойкостью в расплаве электролита, с защитным коррозионно-стойким покрытием непосредственно в литейной форме, экономичностью, простотой изготовления и повышением качества композиционного материала. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.
Наверх