СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА АНОДНОЙ МАССЫ АЛЮМИНИЕВЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ Российский патент 1997 года по МПК C25C3/12 

Изобретение относится к электродному производству, в частности к производству анодной массы для самообжигающихся анодов алюминиевых электролизеров.

В настоящее время в мировой практике в качестве связующего в производстве анодной массы используют каменноугольные пеки, которые содержат до 3% и более концерогенных веществ типа бенз(а)пирена. Это является основной причиной повышенной концерогенной опасности электролизного производства, оснащенного электролизерами с самообжигающимися анодами, т.к. концентрация бенз(а)пирена на рабочих местах значительно превышает предельно допустимые нормы (Соколов А. Д. и др. Вопросы гигиены труда в электродной промышленности, Челябинск, 1981, с. 53-57) [1]
Кроме того, общей тенденцией в коксохимической промышленности является снижение выпуска каменноугольного пека и повышение их пиролизованности. В результате ощущается острый дефицит каменноугольных пеков и они становятся более тяжелыми и менее пластичными. Поэтому требуется повышение их дозировки в анодную массу, что приводит к ухудшению качества анодной массы.

Известно, что нефтяные среднетемпературные пеки содержат приблизительно в 100 раз меньше бенз(а)пирена, чем каменноугольные и более пластичны, чем каменноугольные ("Исследовать взаимосвязь состава, свойств и концерогенной активности нефтяного пека и обосновать к нему технические требования", отчет ГОСНИИЭП, Челябинск, 1981) [2]
Среднетемпературные нефтяные пеки, выпускаемые на нефтеперерабатывающих заводах, имеют низкий коксовый остаток, что не позволяет получать анодную массу и соответственно самообжигающиеся аноды требуемого качества при использовании в качестве связующего только нефтяного пека.

Во всех известных составах анодной массы для алюминиевых электролизеров используют в качестве связующего только каменноугольный пек с температурой размягчения 70-80^oC (патент США N 4445996, кл. C 25 C 7/02, 1982); анодную пасту для изготовления самоспекающего анода Седерберга к электролизеру для производства алюминия [3] (авт. св. СССР N 648655, кл. C 25 C 3/12, 1977); анодную массу для алюминиевых электролизеров [4] и др.

Известен способ производства анодной массы для самообжигающихся анодов алюминиевых электролизеров по (авт. св. СССР N 1520899, кл. C 25 C 3/12, 1987) [5] принятый за прототип.

Сущность способа заключается в том, что углеводородсодержащее связующее готовят следующим образом. В нагретый до 140^oC расплавленный в смесителе каменноугольный в смесителе каменноугольный пек вводят предварительно нагретую до 50^oC пластифицирующую добавку в виде пекового дистиллята в заданном соотношении компонентов и смесь тщательно перемешивают. Затем в другой смеситель вводят заданное количество кокса, перемешивают 5 мин и заливают смесь пека и дистиллята с последующим перемешиванием в течение 40 мин при 100^oC.

Известный способ не обеспечивает снижение таких вредных выбросов как бенз(а)пирен и не способствует расширению сырьевой базы, т.к. сами дистилляты не являются заменителями каменноугольного пека.

Целью данного предложения является расширение сырьевой базы производства анодной массы и снижение выбросов токсичных веществ.

Поставленная цель достигается тем, что перед смешиванием пекового и/или нефтяного кокса со связующим, последнее готовят в виде гомогенной смеси, полученной путем смешивания каменноугольного пека с нефтяным пеком при соотношении 19: 1 2:1. Получение качественной гомогенной смеси связующего может быть обеспечено перекачиванием смеси из нижней зоны емкости в верхнюю общим потоком в турбулентном режиме рециркуляции из расчета 1-3 кратного обмена.

Общими признаками предлагаемого способа и прототипа является, что перед смешиванием пекового и/или нефтяного кокса с углеводородным связующим, содержанием каменноугольный пек готовят связующее с предварительным нагревом компонентов.

Отличительной особенностью предложенного способа является то, что в качестве связующего используют гомогенную смесь, полученную путем смешивания каменноугольного пека с нефтяным пеком при соотношении 19:1 ^oC 2:1.

Указанные отличия позволяют увеличить сырьевую базу производства анодной массы и сократить выбросы вредных токсичных веществ без снижения качества анодной массы.

Другой отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что смешивание компонентов связующего выполняют перекачиванием смеси из нижней зоны емкости в верхнюю общим потоком в турбулентном режиме из расчета 1 3 кратного обмена.

Такое выполнение обеспечивает качественную подготовку однородной гомогенной смеси связующего. Известный способ не дает детального списания этой операции. Кроме того, этот способ можно применять только в смесителях периодического действия, которые применяются в ограниченном масштабе на старых заводах.

Таким образом, предлагаемое техническое решение существенно отличается от прототипа. Следовательно данное предложение отвечает критерию изобретения "новизна".

Для сравнения предложения с другими известными решениями проведен поиск по патентной и научно-технической литературе. Ни в одном из известных решений не обнаружено в составе анодной массы для алюминиевых электролизеров использование гомогенной смеси, полученной смешиванием каменноугольного пека с нефтяным пеком. Известные решения, как указывалось выше, используют в качестве связующего в основном либо каменноугольный пек, либо нефтяной пек.

В известных решениях также не обнаружена перекачка смеси пеков из нижней зоны емкости в верхнюю общим турбулентным потоком. Следовательно данное предложение отвечает современному уровню техники.

При подготовке связующего в виде гомогенной смеси из каменноугольного и нефтяного пеков должно быть выражено соотношение этих компонентов 19:1 ^oC 2: 1. При таком соотношении гомогенной смеси обеспечивается качество анодной массы, удовлетворяющее требованиям алюминиевой промышленности.

Пример 1. В емкость 240 м³ через воронку с рассекателем, т.е. общим потоком в турбулентном режиме, заливали каменноугольный и нефтяной пек в различных соотношениях, предварительного подогрев их до температуры 170^oC. Исходный каменноугольный пек содержал фракции 27,6% летучих 59,6% У исходного нефтяного пека содержание альфа -фракции составляло 2,06% а летучих 72,2%
Затем насосом производительностью 30м³/ч перекачивали смесь из нижней зоны емкости в верхнюю с кратностью обмена от 1 до 4-х. Полученные смеси оценивали по свойствам пека в верхней, средней и нижней зонах и, как следует из табл 1, по предложенному способу 1 3 кратного обмена при рециркуляции достаточно для получения минимальной разницы свойств пека во всем объеме, т.е. смесь достаточно гомогенна. 4-х кратный обмен не дает существенного улучшения однородности смеси.

Пример 2. Из пеков по примеру 1 готовили смесь с различным их соотношением в смеси при 2-х кратном обмене объема при рециркуляции. Готовую смесь подавали на производство анодной массы в смесителях непрерывного действия производительностью 10 т/ч. Дозировку связующего (смеси пеков) поддерживали во всех случаях из расчета получения одинаковой текучести анодной массы в пределах 2,2, что необходимо по действующей технологии самообжигающихся анодов. На каждой смеси работали в течение смены (8 ч) и отбирали по действующей схеме контроля среднесменную пробу массы, которую испытывали по методикам ТУ -48-5-80-86.

Как следует из табл 2 максимально допустимая добавка нефтяного пека соответствует соотношению 2:1. При дальнейшем увеличении содержания нефтяного пека в смеси пеков качество анодной массы не удовлетворяет требованием ТУ-48-5-80-86. При снижении же добавки нефтяного пека ниже соотношения 19:1 снижение содержания бенз(а)пирена становится незначительным, то есть введение добавки теряет практический смысл.

Таким образом предлагаемое техническое решение позволяет снизить выбросы токсичных веществ, а также расширить сырьевую базу производства анодной массы.

Использование: предложение относится к способу производства анодной массы алюминиевых электролизеров. Сущность: в качестве углеводородсодержащего связующего используют гомогенную смесь, полученную путем смешивания каменноугольного пека с нефтяным пеком при соотношении 19:1 ^oC 2:1. Смешивание каменноугольного пека с нефтяным пеком выполняют перекачиванием смеси из нижней зоны емкости в верхнюю из расчета 1 - 3 кратного обмена общим потоком в турбулентном режиме. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ производства анодной массы алюминиевых электролизеров, включающий смешивание пекового и/или нефтяного кокса с углеводородным связующим из каменноугольного пека при нагреве, отличающийся тем, что в качестве углеводородсодержащего связующего используют гомогенную смесь, полученную путем смешивания каменноугольного пека с нефтяным пеком при соотношении 19:1 2 1. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что смешивание каменноугольного пека с нефтяным пеком выполняют перекачиванием смеси из нижней зоны емкости в верхнюю из расчета 1 3-кратного обмена в режиме рециркуляции. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что смешиваемые компоненты подают в емкость общим потоком. 4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что смешиваемые компоненты подают в емкость в турбулентном режиме.