ШИХТА ДЛЯ ПИТАНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ Российский патент 1995 года по МПК C25C3/06 

Изобретение относится к алюминиевой промышленности и может быть использовано в производстве алюминия электролизом криолитоглиноземного расплава.

В настоящее время в технологии электрического производства алюминия используют глинозем со средней крупностью 30-60 мкм, при содержании фракций менее 30 мкм не более 10-15% и фтористые соли со средней крупностью 20-50 мкм, при этом питание электролизеров глиноземом и фтористыми солями осуществляют раздельно.

Раздельное питание алюминиевых электролизеров глиноземом и фтористыми солями приводит к значительным потерям сырья с пылью, которые составляют 40-50 кг глинозема и 1-2 кг фтористых солей на 1 т алюминия.

Кроме того, применение порошкообразных фтористых солей приводит к повышенным потерям фтора в газовую фазу в результате пирогидролиза и возгонки.

Известно, что потери глинозема и фтористых солей в виде пыли происходят в основном при технологической обработке электролизеров.

Потери фтора, обусловленные пирогидролизом и возгонкой фтористых солей, происходят при попадании порошкообразных фтористых солей на поверхность расплавленного электролита.

Для сокращения потерь глинозема и фтористых солей с пылью используют крупнокристаллический ("песочный") глинозем и фтористые соли в виде гранул или окатышей.

Применение "Песочного" глинозема требует дополнительных затрат на реконструкцию системы транспорта глинозема на алюминиевом заводе и усовершенствование глиноземного производства для получения крупнокристаллического продукта узкого класса крупности.

Глинозем, несмотря на крупные кристаллы, должен обладать хорошей текучестью и растворимостью в электролите, высокой абсорбционной способностью по отношению к фтору.

Хорошо растворяющийся активный глинозем получают обжигом гидроксида алюминия при высокой температуре в течение короткого времени. В этом случае высокая активность глинозема обусловлена его диспергированием путем термических ударов при обжиге.

Использование в электролизе такого активированного глинозема приводит к повышенным потерям с пылью в силу его высокой дисперсности.

Таким образом крупнокристаллический глинозем менее активен, но позволяет сократить потери с пылью, мелкодисперсный глинозем более активен, но его использование сопровождается повышенным пылеуносом.

При сушке глинозема на глиноземных заводах в системе пылеочистки улавливается пыль глинозема, которая смешивается с основной массой глинозема и направляется в технологию электролиза. Это приводит к потерям мелкодисперсной составляющей глинозема при электролизе на алюминиевых заводах.

Применение окомкованных фтористых солей требует не только организации технологии грануляции или окомкования, но и изменения системы транспорта фторсолей на алюминиевых заводах.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является применение глинозема и фтористых солей в виде шихты следующего состава, Криолит 0,3-0,9
Фтористый алюминий 1-1,5 Глинозем Остальное
Одновременная загрузка натриево-алюминиевых фторидов и глинозема в электролизер в виде шихты позволяет сократить потери фтора, вызванные пирогидролизом и испарением фторидов. Как показала практика использования шихты в корпусах Братского алюминиевого завода, сокращение расхода фтористых солей составляет 1% от годового расхода. Это сокращение потерь фтора обусловлено улавливанием и взаимодействием с глиноземом выделяющихся фторидов при прогреве на корочке алюминиевого электролизера 6HF + Al₂O₃ 2AlF₃ + 3H₂O (1)
Применение шихты указанного состава не позволяет сократить потери глинозема, вызванные пылеуносом.

Это является основным недостатком указанной шихты.

Кроме того, недостаточно эффективно происходит улавливание фторидов глиноземом.

Целью изобретения снижение расхода глинозема, фтористых солей, повышение эффективности процесса электролиза.

Цель достигается тем, что шихта, содержащая глинозем и натриево-алюминиевые фториды, содержит глинозем в виде мелкодисперсного глинозема с крупностью 10-20 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.

Натриево-алюминиевые фториды 10-20
Мелкодисперсный глинозем
с крупностью 10-20 мкм Остальное
Техническая сущность изобретения состоит в следующем.

Использование шихты с содержанием натриево-алюминиевых фторидов 10-20% обеспечивает сокращение потерь глинозема с пылью за счет того, что при прогреве шихты на корочке электролизера происходит окомкование шихты за счет подплавления натриево-алюминиевых фторидов и смачивания глинозема. Это позволяет сократить пылеунос глинозема при технической обработке алюминиевого электролизера.

При содержании натриево-алюминиевых фторидов менее 10% их количество не достаточно для смачивания всего загружаемого глинозема и эффект сокращения пылеуноса не проявляется.

При содержании натриево-алюминиевых фторидов более 20% возрастают потери фтора за счет пирогидролиза фторидов.

Сокращение пылеуноса наиболее ощутимо при мольном отношении фторида натрия к фториду алюминия в шихте, равном 1,3-1,8.

При соотношении меньше 1,3 возрастают потери фтора за счет возгонки тетрафторалюмината натрия (NaAlF₄) упругость паров которого в 4-5 раз выше чем у фторида алюминия.

При соотношении выше 1,8 температура шихты на корочке алюминиевого электролизера не достаточна для плавления фторидов и сокращение пылеуноса не достигается.

Использование в составе шихты мелкодисперсного глинозема не только улучшает условия его раствоерния в электролите, но и позволяет сократить потери фтора при прогреве на корочке электролизера.

Известно, что мелкодисперсный глинозем более эффективно улавливает газообразные фториды, чем рядовой глинозем.

Экспериментально установлено, что при прочих равных условиях извлечение фтора и газообразных фторидов мелкодисперсным глиноземом со средней крупностью 10-20 мкм составляет 77% против 50% рядовым глиноземом.

При использовании глинозема с крупностью менее 10 мкм наблюдается пылеунос с корочки до начала технологической обработки и, как следствие, возрастают потери глинозема с пылью.

При использовании глинозема с крупностью более 20 мкм не достигается повышенный эффект улавливания фторидов.

При использовании изобретения в качестве мелкодисперсного глинозема может быть применена пыль мультициклонов предела активации глинозема в производстве фтористого алюминия "сухим" способом или пыль, накапливающаяся на крыше и перекрытиях электролизных корпусов алюминиевых заводов.

Указанные компоненты по своему химическому составу отвечают требованиям электролизного производства, а по дисперсному составу позволяют достигнуть положительный эффект по снижению потерь.

Кроме того, решается задача эффективной утилизации пыли глинозема.

Применение шихты может осуществляться по двум вариантам:
количество шихты, загружаемой в электролизер, задается потребностью во фторидах, т. е. 84-87 кг/сут натриево-алюминиевых фторидов, что для шихты, содержащей 15% фторидов, составляет 560-580 кг/сут;
количество шихты, загружаемой в электролизер, задается потребностью процесса в глиноземе, что для 15% шихты составляет 2275-2280 кг/сут.

Во втором варианте переработку производят следующим образом.

Переработку шихты производят в отдельных электролизерах-матках, поскольку соотношение натриево-алюминиевых фторидов и глинозема в шихте в 4-6 раз выше, чем необходимо для технологии электролиза.

В электролизеры-матки по известной технологической схеме питания электролизеров, загружают 2000-2500 кг шихты, с которой в электролит поступает 1600-1800 кг/сут глинозема и 200-400 кг/сут фтористых солей.

Поскольку для компенсации потерь фторсолей необходимо 50-70 кг/сут, избыток фторсолей в количестве 130-350 кг/сут забирается из электролизера-матки.

П р и м е р 1. Приготовили 10 вариантов смесей, содержащих 5-25% натриево-алюминиевых фторидов (технологического криолита и фторида алюминия из расчета на криолитовое отношение 1,5) и глинозема со средней крупностью 5-25 мкм (см. таблицу).

Перемешивание производили в двухвалковом смесителе.

Глинозем заданной крупности получают путем измельчения в диспергаторе с последующей воздушной сепарацией по крупности.

Перемешивание глинозема с натриево-алюминиевыми фторидами производят в двухвалковом смесителе.

Электролизер питается шихтой заданного состава (см. таблицу). Из расчета загрузки 86-87 кг/сут натриево-алюминиевых фторидов с шихтой поступает в зависимости от состава 350-1700 кг/ст глинозема. Остальной глинозем подают после загрузки шихты.

Периодичность и технологию обработки электролизера производится по обычной схеме, принятой на заводе.

Результаты работы электролизеров в течение 15-30 сут приведены в таблице.

П р и м е р 2. Берут пыль глинозема, образующуюся на складе глинозема с крупностью 10-20 мкм, и смешивают с натриево-алюминиевыми фторидами в соотношении 15 мас. фторидов, остальное глинозем.

Полученную шихту отдают в электролизер в количестве, необходимом для восполнения потерь фтора из электролизера (570 кг/сут).

По результатам 30-суточной работы электролизера получают расход фтора и глинозема, соответственно 43,5 и 1937 кг/т алюминия-сырца.

П р и м е р 3. Берут пыль глинозема с крыши электролизного корпуса, с содержанием 8 мас. натриево-алюминиевых фторидов, остальное глинозем. Дешихтовывают фториды до содержания 15 мас. и подают в электролизер (570 кг/сут).

По результатам 30-суточной работы получают расход фтора и глинозема 43,2 и 1940 кг/т алюминия-сырца.

Использование: производство алюминия электролизом криолитоглиноземного расплава. Сущность изобретения: для снижения расхода глинозема и фтористых солей, повышения эффективности процесса электролиза шихта для питания алюминиевых электролизеров, содержащая глинозем и натриево-алюминиевые фториды, содержит глинозем в виде мелкодисперсного глинозема с крупностью 10 20 мкм при следующем соотношении компонентов, мас. натриево-алюминиевые фториды 10 20; мелкодисперсный глинозем с крупностью 10 20 мкм остальное. 1 табл.

ШИХТА ДЛЯ ПИТАНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ, содержащая глинозем и натриево-алюминиевые фториды, отличающаяся тем, что она содержит глинозем в мелкодисперсном состоянии с крупностью 10-20 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.

Натриево-алюминиевые фториды 10-20
Мелкодисперсный глинозем с крупностью 10-20 мкм Остальное