КОРРЕКТИРУЮЩАЯ ЛИТИЙСОДЕРЖАЩАЯ ДОБАВКА К ЭЛЕКТРОЛИТУ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ Российский патент 2002 года по МПК C25C3/18 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству алюминия электролизом криолит-глиноземного расплава.

Для повышения технико-экономических показателей процесса электролиза, увеличения срока службы электролизера и улучшения экологической обстановки и условий труда в расплав криолита вводят различные добавки.

Цели ввода добавок - снижение температуры криолит-глиноземного расплава, повышение его электропроводности, повышение растворимости глинозема в электролите.

Известен электролит для получения алюминия (А.с. СССР 979528, С 25 С 3/18, 1982 г.) [1], содержащий в качестве добавок, мас.%:
Фторид кальция - 6-10
Фторид магния - 0,5-1,5
Фторид калия - 0,5-1,5
Недостаток известной шихтовой добавки заключается в том, что велико содержание фторида кальция, что повышает плотность и вязкость электролита и понижает электропроводимость, что снижает эффективность процесса электролиза. Фторид калия - добавка нежелательная, т.к. калий - загрязняющая товарный металл и трудноудаляемая при рафинировании добавка.

Одним из путей снижения температуры электролита (снижение потерь фтора, его выбросов в атмосферу) является введение в электролит литийсодержащих добавок. Добавки литийсодержащих, кроме этого, повышают электропроводность электролита, улучшают его гидродинамические свойства, способствующие более эффективному растворению глинозема, что, в конечном счете, повышает технико-экономические показатели процесса электролитического получения алюминия.

Известно усовершенствование электролиза окиси алюминия, в котором предлагается электролит, состоящий из смеси натриевого криолита, литиевого криолита и калиевого криолита, мас.%:
Литиевый криолит - - 17,5
Лалиевый криолит - - 5
Натриевый криолит - - Остальное
(Индийский патент 68751, С 7 В, 1956 г. [2]).

Использование электролита, содержащего, мас.%: литиевый криолит - 15, калиевый криолит - 5, натриевый криолит - 80, по сравнению с электролизером-свидетелем позволило снизить рабочее напряжение на 0,3 В, повысить выход металла по току на 4,5%, снизить удельный расход электроэнергии на 12%, температура электролита снижается с 960^oС до 930^oС.

Недостатком известного электролита является наличие в его составе калийсодержащего соединения, т.к. калий, переходящий в товарный металл, является нежелательной примесью и возникает дополнительный передел - рафинирование товарного металла от калия. Соединения калия проникают в углеродсодержащую футеровку и разрушают ее, что ведет к снижению сортности металла и срока службы электролизера.

Известна технология электролитического производства алюминия, включающая добавку в электролит для получения алюминия, фтористого лития в количестве 2-20 мас.%, предпочтительно 3-8%. В качестве исходных литийсодержащих материалов могут быть также использованы литиевый криолит, карбонат лития, гидроокись лития и другие соединения лития (Пат. США 3034972, 204-67 [3]).

Добавка 4,93 мас.% фтористого лития в электролит электролизера обусловила повышение силы тока на 11%, выхода по току на 0,8%, производительности электролизера на 12% при одновременном снижении удельного расхода электроэнергии с 18,0 до 17,5 кВт•ч, а удельного расхода анода - с 0,473 до 0,45 кг. Температура электролита снизилась с 974 до 961^oС.

По назначению и наличию сходных существенных признаков данное решение принято в качестве прототипа.

Недостатком известного решения является то, что загрузка в электролит литийсодержащих компонентов в виде указанных соединений приводит к их значительным потерям за счет низких температур возгонки фтористого лития (либо загружаемого, либо образующего в процессе загрузки из других литийсодержащих соединений).

Вследствие этого значителен расход литийсодержащих компонентов, необходимых для достижения необходимого содержания лития (его фторида) в составе электролита. Высокий расход литийсодержащих и потери фторида из электролита за счет фторирования литийсодержащих и их последующей возгонки не позволяют в полной мере получить высокие результаты, которые могут быть достигнуты.

Задачей предлагаемого решения является повышение технико-экономических показателей процесса электролитического получения алюминия с добавками литийсодержащих компонентов в электролит.

Техническим результатом является комплексная загрузка литийсодержащих компонентов, что позволяет снизить их расход и осуществлять корректировку состава электролита в зависимости от технологического состояния электролизера.

Указанный технический результат достигается тем, что корректирующая литийсодержащая добавка к электролиту для получения алюминия дополнительно содержит фтористый кальций и фтористый магний при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Фтористый кальций - 15-40
Фтористый магний - 0,5-40
Литийсодержащий компонент - 30-70
причем она содержит литийсодержащий компонент в виде: фторида лития или карбоната лития или алюмината лития либо в виде литийсодержащего натриевого криолита и/или литиевого криолита.

Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.

Загрузка в электролит литийсодержащих компонентов в виде однокомпонентной добавки или в виде смеси литийсодержащих соединений приводит к их непроизводительному расходу за счет потерь (возгонки) и потерям фтора из электролита (фторирование литийсодержащих и их последующая возгонка).

В предлагаемом решении загрузка литийсодержащих в электролит производится в виде смеси компонентов, входящих в состав электролита. Это позволит снизить расход литийсодержащих за счет их сорбирования компонентами смеси.

Во-вторых, предлагаемый состав позволяет осуществлять более точное регулирование основного состава электролита в зависимости от технологического состояния электролизера.

Составом добавки регулируется и содержание лития в электролите.

В отличии от прототипа в предлагаемом решении литийсодержащий компонент подается в электролит не в виде литийсодержащих соединений, а в составе комплексной корректирующей добавки, содержащей соединение, входящие в состав электролита фтористый кальций и фтористый магний при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Фтористый кальций - 15-40
Фтористый магний - 0,5-40
Литийсодержащий компонент - 30-70
Отличительные признаки предлагаемого решения от прототипа позволяют сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".

Сравнительный анализ предлагаемого решения с прототипом и другими известными в данной области выявил следующее:
- известен электролит для получения алюминия, содержащий в качестве добавок, мас. %:
Фторид кальция - 6-10
Фторид магния - 0,5-1,5
Фторид калия - 0,5-1,5 [1];
- известен электролит, состоящий из смеси криолитов, мас.%:
Литиевый криолит - - 17,5
Калиевый криолит - - 5
Натриевый криолит - - Остальное [2];
- известна добавка в электролит для производства алюминия фтористого лития в количестве 2-2% мас., предпочтительно 3-8%, в качестве исходных литийсодержащих материалов могут быть использованы литиевый криолит, карбонит лития, гидроокись лития и другие соединения лития [3];
- известен способ электролитического получения алюминия, включающий загрузку в электролизер глинозема, фтористых солей и литийсодержащего компонента, в котором в качестве литийсодержащего компонента используют гранулированные литийсодержащие фтористые соли, которые загружают в количестве 10-35 кг на тонну алюминия (Патент РФ 2087595, С 25 С 3/06, С 01 F 7/50, 1997 г.) [4].

В процессе поиска по патентной и научно-технической литературе не выявлено технических решений, характеризующихся идентичными или эквивалентными признаками с предлагаемым, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения критерию "изобретательский уровень".

Соотношение компонентов корректирующей добавки выбрано по результатам лабораторных испытаний. Нижние пределы компонентов обусловлены минимально необходимыми для влияния на состав электролита содержаниями компонентов. Меньшие содержания практически не оказывают влияния. Верхние пределы - интервалы по корректировке электролита необходимыми компонентами.

Проведенное опытно-промышленное опробывание использования предлагаемой корректирующей литийсодержащей добавки и лабораторные опыты показали:
1) загрузка литийсодержащих компонентов в электролит в составе смеси, содержащей соединения, входящие в состав электролита, эффективнее их загрузки в виде литийсодержащих соединений: на 10-15% снижаются потери лития (лабораторные опыты и химический и рентгеноструктурный анализ электролита);
2) кроме ввода литийсодержащих в состав электролита, обеспечивается корректировка состава электролита по содержанию фтористого кальция и фтористого магния.

Для повышения технико-экономических показателей процесса электролиза, увеличения срока службы электролизера, улучшения экологической обстановки и условий труда предлагается корректирующая литийсодержащая добавка к электролиту для получения алюминия, дополнительно содержащая фтористый кальций и фтористый магний при следующем соотношении компонентов, мас.%: фтористый кальций 15-40, фтористый магний 0,5-40, литийсодержащий компонент 30-70, причем добавка содержит литийсодержащий компонент в виде карбоната лития, алюмината лития, литийсодержащего натриевого криолита и/или литиевого криолита. 4 з.п. ф-лы.

1. Корректирующая литийсодержащая добавка к электролиту для получения алюминия, содержащая литийсодержащий компонент, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит фтористый кальций и фтористый магний при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Фтористый кальций - 15-40
Фтористый магний - 0,5-40
Литийсодержащий компонент - 30-70
2. Корректирующая добавка по п. 1, отличающаяся тем, что содержит литийсодержащий компонент в виде фторида лития. 3. Корректирующая добавка по п. 1, отличающаяся тем, что содержит литийсодержащий компонент в виде карбоната лития. 4. Корректирующая добавка по п. 1, отличающаяся тем, что содержит литийсодержащий компонент в виде алюмината лития. 5. Корректирующая добавка по п. 1, отличающаяся тем, что содержит литийсодержащий компонент в виде литийсодержащего натриевого криолита и/или литиевого криолита.