СПОСОБ ПИТАНИЯ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА ГЛИНОЗЕМОМ Российский патент 2000 года по МПК C25C3/14 

Предлагаемое изобретение относится к электролитическому производству алюминия и может быть использовано при подаче глинозема в электролит.

Общеизвестный способ подачи глинозема в электролизер включает загрузку глинозема вместе с другими необходимыми для процесса компонентами (фтористые соли и другие компоненты) в сыпучем виде через предварительно разрушаемую твердую электролитно-глиноземную корку в объем электролита [1].

Общеизвестны и недостатки такого способа питания электролизера:
- значительны потери глинозема и сыпучих фтористых солей при транспортировке и загрузке в электролизер;
- сложность дозировки глинозема и других сыпучих;
- сложности контроля за составом электролит-глиноземного расплава и дифференцированной загрузки глинозема в зависимости от технологического состояния электролизера и технологических параметров процесса.

Часть вышеуказанных недостатков, касающихся, в частности, загрузки глинозема, устраняют различные системы автоматического питания глиноземом.

Известен способ питания сырьем алюминиевых электролизеров подачей его в дозируемом количестве через вертикальный проем в аноде, в котором сырье подают одновременно с инертным газом под давлением, на 5-20% превышающем давление анодных газов [2].

Известный способ имеет следующие недостатки: сложное аппаратурное оформление (проем в аноде, питатель с датчиком, подача инертного газа), нарушение целостности анода, что может привести к неоднородности тела анода, нарушению токораспределения.

Известны способы регулирования подачи окиси алюминия в электролизер для производства алюминия, в которых при анодном эффекте или для его предупреждения производят подачу избыточного количества глинозема в течение определенного времени до достижения заданной концентрации глинозема, а затем переходят на обычную скорость подачи, соответствующую скорости потребления глинозема в процессе электролиза.

В процессе работы электролизера повторяют цикл указанных режимов загрузки [3,4].

Недостатки известных способов: необходимость постоянного контроля концентрации глинозема в электролите, сложная аппаратурно-технологическая схема.

Известен способ электролитического получения алюминия восстановлением окиси алюминия, которая содержит частицы прокаленной окиси алюминия и 2-50% гранул размером 5000-150 мкм, полученных прессованием частиц окиси алюминия размером < 44 мкм, например, уловленных из отходящих газов печи для прокаливания тригидрата окиси алюминия. Последние могут быть опрессованы прокаленной окисью алюминия, например, введением потока уловленных частиц в устройство роликового типа для прессования. При этом получают непрерывный лист, при измельчении которого образуются гранулы. Их просеивают, чтобы выделить частицы в заданном интервале размеров. Более крупные гранулы возвращают на стадию измельчения, а более мелкие - в устройство для прессования [5].

Известное решение направлено на эффективное растворение глинозема в электролите, однако гранулометрическая подготовка, изготовление гранул требует значительных затрат.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности, достигаемому результату, наличию сходных признаков является способ получения алюминия по заявке Японии N 54-41556 [6], выбранный в качестве прототипа.

В известном способе смесь гидроокиси и/или окиси алюминия в виде глинозема с неорганическим и, при необходимости, органическим связующим формуют, обжигают и получают формованный глинозем, который в процессе электролитического получения алюминия располагают в электролизной печи так, чтобы его нижняя часть находилась в постоянном контакте с фторидным электролитом, благодаря чему обеспечивается непрерывная подача глинозема в электролитическую ванну.

В известном решении за счет компактирования глинозема снижаются его потери при загрузке, за счет обеспечения постоянного контакта нижней части формованного глинозема с фторидным электролитом обеспечивается "самопитание" ванны глиноземом.

Вместе с тем, имеются отдельные недостатки.

Обеспечение постоянного контакта: формованный глинозем - электролит требует специального устройства для принудительной подачи и поддержания режима погружения. Кроме того, зарастание нижней кромки этого устройства при заплескивании электролита может привести к сбоям в подаче глинозема.

Необходима герметизация узла подачи для предотвращения поступления из ванны анодных газов и легколетучих фтористых солей.

В известном решении не предусмотрены варианты вывода ванны на анодный эффект ("вспышку"), что, как показывает производственная практика, необходимо для нормальной эффективной работы электролизера.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение затрат на обслуживание и повышение технико-экономических показателей процесса электролитического получения алюминия.

Техническим результатом предлагаемого способа является автоматическое питание электролизной ванны глиноземом за счет "самопитания", не требующего сложного аппаратурного оформления, возможность регулирования технологических параметров процесса.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе питания алюминиевого электролизера глиноземом, включающем подачу глинозема в электролит в формованном виде, глинозем подают в виде брикетов, плотность которых меньше или равна плотности электролита, в качестве 0,8-1,2 от нормативной загрузки.

Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.

Питание электролит-глиноземного расплава глиноземом системами АПГ при контроле подаваемых доз как по весу (объему), так и по времени, значительно эффективнее общепринятой технологии загрузки, но вместе с тем возможно перенасыщение электролита глиноземом и выпадение нерастворенного глинозема в осадок на подину, образование коржей. Это приводит к нарушениям технологического режима и к снижению срока службы электролизера.

В предлагаемом решении глинозем подают в электролит в компактном виде - брикеты, плотность которых заведомо меньше плотности катодного металла, меньше или равна плотности электролита. В этом случае брикет автоматически "поедается" электролитом, в случае недостатка глинозема в электролите, и "плавает" по границе электролит-металл или в объеме электролита в случае насыщения глиноземом криолит-глиноземного расплава. Таким образом, осуществляется автоматическое питание электролизной ванны глиноземом. Причем такое питание осуществляется самой ванной в зависимости от ее технологического состояния и от изменения технологических параметров процесса электролиза.

Предлагаемый способ питания ванны глиноземом не требует сложных в изготовлении и обслуживании устройств подачи, регулирования и контроля, а требует незначительных затрат на производство и загрузку брикетов в ванну. Глинозем самодозируется электролитом ванны: при недостатке глинозема происходит растворение брикетов до насыщения электролит-глиноземного расплава, после чего растворение прекращается.

Таким образом ванна работает в режиме "самопитания", что исключает возникновение анодных эффектов, образование подовых настылей и, в конечном итоге, ведет к стабилизации технологического режима и повышению срока службы электролизера. В обычном режиме питание ведется по норме или с избытком. Если возникает необходимость создать анодный эффект, то питание глиноземными брикетами ведется с недостатком от нормативной загрузки. Предлагаемый способ питания обеспечивает саморегулирование технологического процесса и управление им без значительных затрат, сложного оборудования и обслуживания.

Способ осуществляется следующим образом.

Глинозем увлажняют до 18%, тщательно перемешивают и брикетируют на валковом прессе при давлении 200 кг/см². Полученные брикеты сушат 40 минут при температуре 130^oC, а затем 30 минут при температуре 300^oC. Полученные брикеты, имеющие плотность 1,9 г/см³, загружают в электролит с помощью футерованной загрузочной трубы через предварительно пробитую корку.

Следует отметить, что в зависимости от необходимой плотности брикетов изменяется степень увлажнения глинозема, давление брикетирования и режим термообработки брикетов.

Необходимая и достаточная механическая прочность брикетов обусловлена сохранением их целостности при транспортировке и загрузке в электролизер.

Опытные испытания подтвердили работоспособность предлагаемой технологии.

Таким образом, предлагаемое решение обеспечивает автоматическое питание глиноземом алюминиевой ванны без сложного аппаратурно-технологического оборудования, дает возможность при питании с недостатком от нормативной загрузки искусственно вызывать анодный эффект при необходимости в зависимости от технологического состояния ванны.

Информация
1. Справочник металлурга по цветным металлам. Производство алюминия, М., "Металлургия", 1971 г., с.266.

2. А.с. СССР N 391185, C 25 D 3/12, 1973 г.

3. Патент США N 4126525, C 25 C 3/06.

4. Патент Франции N 1506463, C 22 D.

5. Великобритания, заявка N 1529864, C 25 C 3/18.

6. Япония, заявка N 57-41556, C 25 C 3/14.

Изобретение позволяет снизить затраты на обслуживание и повысить технико-экономические показатели процесса электролитического получения алюминия. Способ питания алюминиевого электролизера глиноземом включает подачу глинозема в электролит в виде брикетов, плотность которых меньше или равна плотности электролита, в количестве 0,8 - 1,2 от нормальной загрузки.

Способ питания алюминиевого электролизера глиноземом, включающий подачу глинозема в электролит в формованном виде, отличающийся тем, что глинозем подают в виде брикетов, плотность которых меньше или равна плотности электролита, в количестве 0,8 - 1,2 от нормативной загрузки.