Способ монтажа катодного узла электролизера для получения алюминия

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик р11771193 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 27.1278 (21) 2702402/22-02 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Опубликовано 15.10.80 Бюллетень . Р 38, (51)М. Кл 3

С 25 С 3/08

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК б б 9 . 7 1 3. .723(088.8) Дата опубликования Описания - 1510.80 (72) Авторы изобретения

A.A. Абрамов, И.Г. Турушев, В.И. Шпаков, В.Е. Милько, П.В. Поляков, В.И ° . Савинов, В.А. Крюковский и В.N. Можаев (71) Заявитель (54) СПОСОБ МОНТАЖА КАТОДНОГО УЗЛА ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА

ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ

Изобретение относится к области металлургии алюминия электролизом и может быть использовано при монтаже катодного узла алюминиевого электролизера. 5

Известен способ монтажа катодного узла электролизера для получения алюминия, включающий установку на огнеупорную теплоизоляционную футеровку углеродистых боковых и подовых катод- 10 ных блоков и заделку межблочных и периферийных швов углеродистой массой (1).

Недостатком данного способа монтажа электролизера является то, что при коксовании углеродистой массы в пе- 15 риод обжига в швах образуются пары и цели, по которым в процессе эксплуатации электролизера под катодные блоки просачиваются и электролит, и алюминий. От этого проникновения разрушают-29 ся стальные катодные стержни и возникают объемные изменения в шамотной футеровке, что приводит к поднятию катодных блоков и раскрытию швов. По указанной причине сортность алюминия 25 ухудшается и электролизер отключают на капитальный ремонт.

Известны также способы монтажа катодного узла электролизера для полу-, чения алюминия, согласно которым в 3р

2 межблочные и периферийные швы засыпают порошкообразный материал, например смеси, составленные из компонентов электролита: глинозем, криолит, фториды кальция и магния. Сверху швы заделывают углеродистой массой (2) .

Недостаток данного способа состоит в том, что смеси пропускают электролит и происходит .поднятие подины и ее корродирование.

Наиболее близким к изобретению является способ, по которому под углеродистые блоки и в нижнюю часть межблочных и периферийных швов засыпают карбид кремния, а верхнюю часть швов заделывают углеродистой массой (3).

Использование указанных порошкообразных материалов для засыпки швов не устраняет просачивание под блоки как электролита, так и металла, в результате чего срок службы электролизера существенно не возрастает.

Цель изобретения - увеличение срока службы электролизера.

Цель достигается тем, что в способе монтажа катодного узла электролизера для получения алюминия, включающем засыпку под углеродистые катодные блоки и в нижнюю часть межблочных и

771193 периферийных швов порошкообразного материала и заделку верхней части швов углеродистой массой, под блоки и в нижнюю часть швов засыпают кремнезем, предпочтительно в виде природного кварцевого песка. Кремнезем засыпают также между боковой футеровкой и стенкой катодного кожуха. Кроме того, пространство между верхней кромкой боковой футеровки и фланцевым листом заделывают смесью кремнезема со связующим, предпочтительно водным раствором силиката натрия.

Использование кремнезема для засыпки под катодные блоки, в швы и между стенкой катодного кожуха и боковой футеровкой,а также для задел- 1Б ки пространства между верхней кромкой боковой футеровки и фланцевым листом, препятствует просачиванию электролита и металла в полости, заполненные им. Происходит это потому, Щ что в условиях, существующих на действующем электролизере, при соприкосновении с кремнеземом первых просочившихся по щелям порций электролита происходит образование вязкой стеклообразной массы, труднораство25 римой в криолите, которая препятст.вует дальнейшей пропитке кремнезема электролитом. При проникновении до образовавшегося стеклообразного слоя алюминия он за счет химического взаимодействия со стеклом покрывается прочной оболочкой из окислов. алюминия и кремния, также стойкой к воздействию криолита.

Если в первую очередь до кремнезема просочится алюминий, то вследствие плохой смачиваемости им SiO . 2 а также значительного уплотнения засыпки от расширения кремнезема (от 20 до 900 С на 1%) проникнове- <О ние его в межзеренное пространство при существующем в электролизере гидростатическом напоре маловероятно. Кроме того, при контакте алюминия с кремнеземом также протекает химическая реакция с образованием на границе раздела тугоплавких окислов, эакупоривающих поры.

Таким образом, принципиальное отличие предложенного способа мон- щ тажа катодного узла электролизера для получения алюминия с использованием засыпки из кремнезема от всех известных способов заключается существующих на действующем электролиэере, активно вступает во взаимодействие с алюминием и электролитом с образованием новых фаз, препятствующих дальнейшей фильтрации расплавав.

Пример 1. Проводили исследова-60 ние пропитки кварцевого песка (наиболее распространенная форма кремнезема в природе) криолитоглиноземным рас плавом и алюминием в неполяризованной ячейке. 65

В графитовом блоке размером 100х х100 х120 мм было сделано углубление размером 60х60х50 мм, ниже которого и была выполнена щель глубиной 60 шириной 15 .мм. В щель на высоту мм

40 мм насыпали сухого кварцевого песка со средней крупностью зерен основной фракции 0,315 мм, после чего в щель закладывали Г-образную пластину ,из алюминия шириной 55 м и толщиной

2 мм таким образом, что одной своей частью она горизонтально укладывалась на песок, а другой касалась вертикальной стенки щели. Затем ячейку помещали в печь при 150-200 С, в оставшуюся часть щели набивали подовую мас су. При нагреве ячейки до 800-850 С в нее загружали 100 г алюминия и

150 г электролита, взятого из промышленного электролизера. Выдержку ячейки в печи при 970-1000 С проводили в течение 1 ч.

После охлаждения ячейки она была разрезана поперек щели. Осмотр показал, что вся масса песка была пропитана электролитом, а объем алюминия, находящийся в контакте с пропитанным песком,был покрыт корочкой окислов толщиной около 0,5 мм.

Пример 2. Проводили исследование пропитки кварцевого песка криолитоглиноземным расплавом и алюминием в поляризованной ячейке.

Конструктивно ячейка была выполнена так же, как и в примере 1. Модель отвечала условию, при котором первым до кварцевого песка по щели в нее йросочился алюминий.

После расплавления в ячейке алюминия и электролита ее подключали к источнику постоянного тока. Катодом служил корпус ячейки, анодом — погруженный в электролит графитовый стержень диаметром 20 мм. Сила тока в цепи 5 A„ выдержка ячейки в печи при

670-1000 С в течение 5 ч.

Осмотр поперечного разреза ячейки показал, что верхний слой песка толщиной около 5 мм, находящийся под слоем алюминия, превратился в стеклообразное вещество черного цвета, а сам алюминий был покрыт оболочкой из окислов. Под слоем стеклообразного вещества находился сыпучий песок.

Пример 3. Исследовали пропитку кварцевого песка криолитоглиноземным расплавом и алюминием в поляризованной ячейке, моделирующей условия, при которых первым до песка просочился электролит. Для этого в щель вставляли плоскую пластину из алюминия толщиной 1 мм, которую извлекали после набивки подовой массы.

Анализ разрезанной ячейки после выдержки ее в печи в течение 5 ч показал, что верхний слой песка превратился в стеклообраэное вещество, а ос771193

Составитель Н.Коробова

Редактор Н.Корченко Техред Н. Бабурка Корректор М.Коста

Заказ 6628/38 Тираж 698 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 тальная его масса осталась сыпучей.

Металла в щели не обнаружили.

Пример 4. Качественно оценивали свойства образующихся в ячейке веществ. Стеклообразное вещество, извлеченное из ячейки, нагревали до

850-900 С. Было установлено, что при о этих температурах оно представляет собой очень вязкую массу.

В расплав синтетического криолита (криолитовое отношение 2,7) с температурой 1030-1060 С погружали t0 стеклообраэное вещество и корочку окислов с поверхности алюминия. Для визуального наблюдения за их поведением расплав просвечивали фокусированным лучом света от электричес- !5 кой лампочки. Установлено, что после 30-тиминутной выдержки оба образца практически не растворились в криолите.

Приведенные результаты показыВают, 2О что при поляризации ячейки кремнезем активно взаимодействует как с электролитом, так и с алюминием с образованием фаз, обладающих антифильтрационными свойствами и стойкостью по отношению к криолиту.

Формула изобретения

1. Способ монтажа катодного узла электролизера для получения алюминия, включающий засыпку под углеродистые катодные блоки и, в нижнюю часть межблочных и периферийных швов порошкообразного материала и заделку верхней части швов углеродистой массой, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения срока службы электролиэера, под блоки и в нижнюю часть швов засыпают кремнезем,предпочтительно в виде, природного кварцевого песка.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что кремнезем засыпают между боковой футеровкой и стенкой катодного кожуха. ъ

3. Способ по пп,1 и 2, о т л и ч аю шийся тем, что пространство между верхней кромкой боковой футеровки и фланцевым листом заделывают смесью кремнезема со связующим, предпочтительно водным раствором силиката натрия.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент СШЛ Р 3871986, кл. 204-243, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

9 576353, кл. С 25 С 3/06, 1976.

3. Авторское свидетельство СССР

9 289618, кл. С 22 d 3/02, 1968.