ПОДИНА АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА Российский патент 2004 года по МПК C25C3/08 

Описание патента на изобретение RU2221087C2

Изобретение относится к электролитическому получению алюминия, в частности к конструкции подин алюминиевых электролизеров.

Известна подина алюминиевого электролизера, включающая герметизирующий слой из углеродистых войлочных материалов, а основание выполнено углеграфитовым (А.с. 1708935, МПК С 25 С 3/08. Б.И. 4, 1992 г.).

Однако недостатком известного технического решения является невозможность полного предотвращения проникновения расплава алюминия и криолитоглиноземного расплава в теплоизоляционный цоколь, поскольку основание подины выполнено из углеграфитовых плит, соединенных между собой швами из углеродистой массы, которые являются, как и само основание, источником частичного проникновения вышеуказанных расплавов в теплоизоляционный цоколь.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является подина алюминиевого электролизера, содержащая огнеупорный и теплоизоляционный слой. В качестве огнеупорного слоя использована жаропрочная химически стойкая железобетонная плита силикатного состава, а теплоизоляционный слой выполнен из материалов с коэффициентом теплопроводности менее 0,25 Вт/м•град (А.с. 1585385, МПК C 25 C 3/08. Б.И. 30, 1990 г.).

Однако данное техническое решение не позволяет решить проблему повышения сортности алюминия в силу проникновения в процессе электролиза в расплав алюминия элементов железа и кремния. Процесс поступления элементов железа и кремния в расплав алюминия связан с достаточно высокой растворимостью огнеупорного слоя силикатного состава (железобетонной плиты) в расплаве алюминия и криолитоглиноземном расплаве, определяющей снижение сортности алюминия по содержанию кремния и железа, а также снижения срока службы электролизера.

Основная задача изобретения заключается в увеличении срока службы алюминиевого электролизера, повышении сортности алюминия по содержанию кремния и железа, а также в расширении сырьевой базы за счет утилизации демонтированной отработанной углеродной футеровки.

Для решения поставленной задачи заявляемая подина алюминиевого электролизера содержит огнеупорный и теплоизоляционный слой, причем огнеупорный слой выполнен из демонтированной отработанной углеродной футеровки электролизеров в виде порошка фракции 2-20 мм, а теплоизоляционный слой - из материалов со скоростью коррозии в расплаве алюминия и криолитоглиноземном расплаве менее 0,03-0,05 мм/сутки соответственно. В качестве материала, из которого выполнен теплоизоляционный слой, использован высокопористый графит (пенококс).

По отношению к прототипу у предлагаемого изобретения имеются следующие отличительные признаки: огнеупорный слой выполнен из демонтированной отработанной углеродной футеровки электролизеров в виде порошка фракции 2-20 мм, а теплоизоляционный слой - из материалов со скоростью коррозии в расплаве алюминия и криолитоглиноземном расплаве менее 0,03-0,05 мм/сутки соответственно.

Применение демонтированной отработанной углеродной футеровки электролизеров в виде порошка фракции менее 2 мм при транспортировке и укладке в подину электролизера вызывает значительное пылеобразование, загрязняя окружающую среду.

Применение порошка крупнее фракции 20 мм приводит к существенному росту пористости огнеупорного слоя и, как следствие, повышает скорость протекания расплава алюминия и криолитоглиноземного расплава через огнеупорный слой (табл. 1). (Таблицы 1-4 приведены в конце описания). Увеличение размера частиц порошка более 20 мм приводит к резкому увеличению степени пропитки как расплавом алюминия, так и криолитоглиноземного расплава. Повышение скорости пропитки порошка огнеупорного слоя увеличивает поступление агрессивных расплавов в теплоизоляционный цоколь и, как следствие, способствует снижению срока службы алюминиевого электролизера.

Несмотря на применение в качестве огнеупорного слоя химически стойкого железобетонного материала, степень пропитки огнеупорного слоя как расплавом алюминия, так и криолитоглиноземным расплавом по прототипу значительно выше степени пропитки огнеупорного слоя по заявляемому решению в пределах размера порошка демонтированной отработанной углеродной футеровки электролизеров от 2 до 20 мм.

Демонтированная отработанная углеродная футеровка электролизеров в виде порошка фракции 2-20 мм представляет собой смесь измельченных углеграфитовых подовых блоков и теплоизоляционного цоколя в виде пористого графитового материала, в частности пенококса, имеющего единую химическую составляющую - углерод. В настоящее время в известных технических решениях в катоде электролизеров в большинстве случаев используется как углеродистая, так и теплоизоляционная футеровка на основе силикатов(до 60% SiO2). Применение теплоизоляционной футеровки в виде высокопористого графита, в частности пенококса, исключает загрязнение расплава алюминия кремнием и железом, имеющее место, например в прототипе, при использовании теплоизоляционной футеровки на основе силикатов. Сравнительный анализ химического состава расплава алюминия по содержанию примесей кремния и железа в предлагаемом устройстве подины в сравнении с прототипом приведен в табл.2
Проверку химического состава расплава алюминия проводили в лабораторных условиях, моделируя подину электролизера по известному и предлагаемому устройству путем реализации процесса электролиза алюминия в графитовых тиглях. Анализ данных табл. 2 свидетельствует о существенном снижении содержания кремния и железа в алюминии по предлагаемому устройству подины в сравнении с известным, что приводит к повышению сортности алюминия.

Сравнительный анализ скорости коррозии подины по известному и предлагаемому виду ее устройства свидетельствует о существенном преимуществе предлагаемого технического решения.

Сравнительный анализ свойств предлагаемого материала с известным материалом для теплоизоляции катода свидетельствует о преимуществе пористого графита по основным физико-механическим свойствам (табл.4), уступая незначительно известному материалу по коэффициенту теплопроводности. Однако теплофизические свойства пористого графита находятся в диапазоне требуемых значений по коэффициенту теплопроводности и сопоставимы, например, со свойствами шамотных теплоизоляционных материалов (коэффициент теплопроводности-0,15-0,52 Вт/м•град), широко применяемых для теплоизоляции цоколя электролизера.

Минимальная скорость коррозии высокопористого графита (пенококса) определяет безусловное увеличение срока службы электролизеров. Сравнение прогнозируемых расчетных сроков службы электролизеров в зависимости от различной скорости коррозии материалов в расплаве алюминия и криолитоглиноземном расплаве свидетельствует о преимуществе использования материалов со скоростью коррозии в вышеуказанных расплавах не более 0,03 и 0,05 мм/сут соответственно, дающих максимальный срок службы электролизеров из числа известных материалов
Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое изобретение обладает следующими преимуществами: обеспечивает повышение сортности алюминия за счет снижения содержания в расплаве алюминия кремния и железа, увеличивает срок службы электролизеров за счет резкого снижения скорости коррозии теплоизоляционного слоя, расширяет сырьевую базу за счет утилизации демонтированной отработанной углеродной футеровки, состоящей из измельченных углеграфитовых подовых блоков и теплоизоляционного цоколя в виде пористого графитового материала.

Сущность изобретения поясняется графическим материалом. На чертеже представлен продольный разрез подины алюминиевого электролизера.

Подина состоит из угольных подовых блоков 1, огнеупорного слоя 2 из демонтированной отработанной углеродистой футеровки электролизеров фракции 2-20 мм и теплоизоляционного слоя 3, состоящего из материалов со скоростью коррозии в расплаве алюминия и криолитоглиноземном расплаве не более 0,03-0,05 мм/сутки соответственно.

Использование предложенного устройства подины алюминиевого электролизера осуществляется следующим образом.

Пример. На металлическое днище после подсыпки порошка отработанной демонтированной углеродной футеровки укладывают теплоизоляционный слой из материалов со скоростью коррозии в расплаве алюминия и криолитоглиноземном расплаве не более 0,03-0,05 мм/сут соответственно, в частности из высокопористого графита. Высокопористый графит в виде блоков укладывается в два слоя, после чего кожух электролизера заполняют порошком фракции 2-20 мм из демонтированной отработанной углеродной футеровки. Уплотнение порошка ведут либо катками, либо виброплитой. Затем на поверхность цоколя устанавливают подовые блоки. Средний срок службы предлагаемой подины составит по расчетам 58 мес, в то время как по прототипу - 40мес. Более высокий срок службы электролизера по предлагаемому варианту в сравнении с прототипом определяется высокой коррозионной стойкостью материала теплоизоляционного слоя в виде высокопористого графита, а также использованием в качестве огнеупорного материала отработанной демонтированной углеродной футеровки, состоящей из измельченных углеграфитовых подовых блоков и теплоизоляционного цоколя в виде пористого графитового материала. Подобная композиция огнеупорного слоя, также обладающая высокой коррозионной стойкостью в расплаве алюминия и криолитоглиноземном расплаве - соответственно 0,08 и 0,12 мм/сут, способствует увеличению срока службы электролизеров.

Похожие патенты RU2221087C2

название год авторы номер документа
ФУТЕРОВКА КАТОДНОГО УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПЕРВИЧНОГО АЛЮМИНИЯ 2006
  • Прошкин Александр Владимирович
  • Бекетов Дмитрий Аскольдович
  • Пингин Виталий Валерьевич
  • Савинов Владимир Иванович
  • Ярош Иван Александрович
RU2318921C1
ФУТЕРОВКА КАТОДНОЙ ЧАСТИ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА 2004
  • Прошкин Александр Владимирович
  • Бекетов Дмитрий Аскольдович
  • Пингин Виталий Валерьевич
  • Ярош Иван Александрович
RU2276700C1
СПОСОБ ФУТЕРОВКИ КАТОДА ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЕРВИЧНОГО АЛЮМИНИЯ 2016
  • Прошкин Александр Владимирович
  • Пингин Виталий Валерьевич
  • Нагибин Геннадий Ефимович
  • Сбитнев Андрей Геннадьевич
RU2621197C1
КАТОДНОЕ УСТРОЙСТВО АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА 2010
  • Бажин Владимир Юрьевич
  • Сизяков Виктор Михайлович
  • Бричкин Вячеслав Николаевич
  • Патрин Роман Константинович
  • Власов Александр Анатольевич
RU2458185C1
Подина алюминиевого электролизера 1990
  • Потылицын Геннадий Аполлонович
  • Злобин Виктор Семенович
  • Евтихов Жорж Леонидович
SU1708935A1
СПОСОБ ПОДГОТОВКИ РЕЦИКЛИНГА НЕФОРМОВАННОГО ФУТЕРОВОЧНОГО МАТЕРИАЛА ИЗ КАТОДНОГО УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2023
  • Прошкин Александр Владимирович
  • Пингин Виталий Валерьевич
  • Сбитнев Андрей Геннадьевич
  • Агафонов Денис Георгиевич
RU2804973C1
КАТОДНОЕ УСТРОЙСТВО АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА 1997
  • Громов Б.С.
  • Пак Р.В.
  • Баранцев А.Г.
  • Ахмедов С.Н.
  • Строгов В.С.
RU2121528C1
Способ получения алюминия 1990
  • Потылицын Геннадий Аполлонович
  • Громов Борис Сергеевич
SU1735436A1
СПОСОБ МОНТАЖА КАТОДНОГО УСТРОЙСТВА АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА 2002
  • Гагулин Ю.А.
RU2228391C2
ПОДИНА ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ 2010
  • Сизяков Виктор Михайлович
  • Бажин Владимир Юрьевич
  • Бричкин Вячеслав Николаевич
  • Власов Александр Анатольевич
  • Патрин Роман Константинович
RU2449060C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 221 087 C2

Реферат патента 2004 года ПОДИНА АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА

Изобретение относится к электролитическому получению алюминия, в частности к конструкции подин алюминиевых электролизеров. Техническим результатом изобретения является увеличение срока службы электролизера, повышение сортности алюминия, расширение сырьевой базы. Технический результат достигается тем, что подина содержит подовые секции, огнеупорный слой, выполненный из демонтированной огнеупорной футеровки электролизеров в виде порошка фракции 2-2 мм, и теплоизоляционный слой, выполненный из материалов со скоростью коррозии в расплаве алюминия и криолитглиноземном расплаве не более 0,03 и 0,05 мм/сут соответственно. В качестве материала теплоизоляционного слоя электролизера использован высокопористый графит, в частности пенококс. 2 з.п.ф-лы, 5 табл., 1 ил.

Формула изобретения RU 2 221 087 C2

1. Подина алюминиевого электролизера, включающая подовые секции, огнеупорный и теплоизоляционный слой, отличающаяся тем, что огнеупорный слой выполнен из демонтированной огнеупорной футеровки электролизеров в виде порошка фракции 2-20 мм, а теплоизоляционный слой – из материалов со скоростью коррозии в расплаве алюминия и криолитглиноземном расплаве не более 0,03 и 0,05 мм/сут соответственно.2. Подина по п.1, отличающаяся тем, что теплоизоляционный слой электролизера выполнен из высокопористого графита.3. Подина по п.2, отличающаяся тем, что в качестве высокопористого графита использован пенококс.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2004 года RU2221087C2

Футеровка катодного устройства алюминиевого электролизера 1988
  • Самойленко Валерий Николаевич
  • Бажанов Павел Борисович
  • Беловешкин Владимир Тимофеевич
SU1585385A1
ФУТЕРОВКА КАТОДНОЙ ЧАСТИ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА 1996
  • Маленьких А.Н.
  • Панин А.П.
  • Горбунов В.А.
  • Савинов В.Н.
RU2095487C1
ФУТЕРОВКА КОЖУХА АЛЮМИНИЕВОГО КАТОДНОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА 1998
  • Кононов М.П.
  • Липинский Л.П.
  • Богомолов А.Н.
  • Гаврилов Л.А.
  • Никифоров В.В.
  • Колосов Ю.Н.
  • Дмитриев А.А.
RU2125621C1
GB 1554699 A, 24.10.1979
ПРОИЗВОДНЫЕ НИТРОКАТЕХОЛА В КАЧЕСТВЕ ИНГИБИТОРОВ СОМТ 2006
  • Лирмонт Дэвид Александр
  • Кисс Ласло Эрно
  • Лил Палма Педру Нуну
  • Душ Сантуш Феррейра Умберто
  • Араужу Суариш Да Силва Партисиу Мануэл Виейра
RU2441001C2

RU 2 221 087 C2

Авторы

Леонов В.В.

Громов Б.С.

Пак Р.В.

Никифорова Э.М.

Даты

2004-01-10Публикация

2002-02-26Подача