ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ Российский патент 2012 года по МПК C25C3/08 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия, а именно к конструкции электролизеров для получения алюминия.

Известен электролизер, включающий анодное и катодное устройство, в котором загрузку глинозема вместе с другими необходимыми для процесса компонентами (фтористые соли и другие компоненты) в дозируемом количестве осуществляют через вертикальный проем в аноде, в котором сырье подают одновременно с инертным газом под давлением, на 5-20% превышающем давление анодных газов (Авторское свидетельство СССР №391185, C25D 3/12, 1973).

Известный электролизер 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.

Известен электролизер для производства алюминия, принятый за прототип, содержащий катодное устройство и анодное устройство (Справочник металлурга по цветным металлам. Производство алюминия. Изд-во «Металлургия», М., 1971, стр.152-158). Катодное устройство содержит шахту, с угольной подиной, выложенную из угольных блоков, заключенных в металлический кожух. Между металлическим кожухом и угольными блоками размещены огнеупорные и теплоизоляционные материалы. Анодное устройство содержит угольные аноды, соединенные с анодной шиной. Аноды размещены в верхней части ванны и погружены в расплавленный электролит. Система автоматической подачи глинозема (АПГ) содержит пробойник электролитной корки, бункер для подачи глинозема и фтористых солей, закрепленный на анодном кожухе, и питатель глинозема.

Недостатком известной конструкции электролизера является то, что при питании ванн с помощью автоматического устройства (АПГ) порции глинозема (обычно 1-2 кг), загружаемые на поверхность электролита, тонут и частично, не успевая раствориться, попадают под металл, образуя осадок. При этом глинозем, находящийся под металлом, растворяется очень медленно, так как лишен контакта с электролитом.

Вышесказанное приводит к различным нарушениям технологии электролиза, в том числе повышению омического сопротивления, усилению горизонтальных токов и интенсивному перемешиванию металла, снижению выхода по току, повышению частоты анодных эффектов и, следовательно, к увеличению выбросов парниковых газов, увеличению трудозатрат, повышению расхода электроэнергии, ухудшению экологии на рабочем месте, уменьшению срока службы электролизера, т.е. к снижению основных технико-экономических показателей (ТЭП).

Задача изобретения - улучшение ТЭП при получении алюминия за счет увеличения полноты и скорости растворения глинозема, подаваемого в электролит с помощью АПГ, и снижения массы осадков (в виде нерастворившегося глинозема) на угольной подине.

Техническим результатом изобретения является создание конструкции алюминиевого электролизера, обеспечивающей увеличение времени нахождения глинозема в междуполюсном пространстве. Тем самым обеспечиваются условия для более полного растворения глинозема и снижения его количества, попадающего под слой жидкого металла, и достигается повышение ТЭП получения алюминия.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в электролизере для производства алюминия, включающем катодное устройство, содержащее шахту с угольной подиной, выложенную из угольных блоков, заключенных в металлический кожух, с размещенными между металлическим кожухом и угольными блоками огнеупорными и теплоизоляционными материалами, анодное устройство, содержащее угольные аноды, соединенные с анодной шиной, размещенные в верхней части ванны и погруженные в расплавленный электролит и систему автоматической подачи глинозема (АПГ), содержащую пробойник электролитной корки и питатель глинозема, согласно заявляемому изобретению на угольной подине под каждым из питателей АПГ установлены блоки, стойкие к разрушению в криолитоглиноземных расплавах и жидком алюминии, для сбора большей части и постепенного растворения подаваемого в электролит глинозема, причем верхнее основание блока расположено на уровне или выше уровня жидкого алюминия.

Изобретение дополняют частные отличительные признаки, направленные также на решение поставленной задачи.

Верхнее основание блока расположено выше уровня жидкого алюминия не более чем на 2 см.

Блоки могут быть выполнены из углеродных блоков.

Блоки могут быть выполнены из карбида кремния.

Блоки могут быть выполнены из смеси диборида титана и оксида алюминия на высокотемпературной связке.

Во внутрь блоков могут быть вмонтированы вставки из тяжелого материала, например из чугуна.

Отношение площадей верхнего и нижнего оснований блоков может изменяться от 1:1 до 1:2.

Площадь верхнего основания блока выбрана из условия попадания на нее от 30 до 80% загружаемого через дозатор глинозема.

Блоки могут быть покрыты диборидом титана.

Верхнее основание блоков может быть выполнено плоским, или выпуклым, или вогнутым.

Сущность изобретения поясняется эскизом (см. чертеж).

На угольную подину 1 под слой жидкого алюминия 2 устанавливается блок 3 с чугунным утяжелителем 4 внутри. Во время работы пробойник 5 пробивает в криолитоглиноземной корке 6 отверстие, в которое подается с помощью автоматического питателя 7 глинозем. Верхнее основание блока находится в электролите 8. Часть нерастворившегося за время оседания в электролите глинозема 9 попадает на верхнее основание блока 3, где и происходит его дальнейшее растворение.

Монтаж алюминиевого электролизера осуществляется следующим образом.

Для электролизеров с обожженными анодами установка блоков 3 осуществляется непосредственно под устройство АПГ во время замены соответствующего анодного блока, отключение ванны от питания при этом не требуется. Для электролизеров с самообжигающимися анодами установка блоков осуществляется также непосредственно под устройство АПГ при предварительном поднятии анода, при этом ванна может быть отключена от источника питания током. В обоих случаях в местах установки блоков осуществляется очистка угольной подины 1 от скопившегося осадка.

Если блок выступает над поверхностью жидкого алюминия более чем на 2 см, то блок будет мешать эвакуации анодных газов и может возникнуть опасность забивания канала между блоками глиноземом в случае неисправности системы АПГ.

Блоки 3 могут быть прямоугольными (квадратными), круглыми или иного сечения, причем площадь верхней поверхности обеспечивает попадание на нее большей части глинозема, подаваемого из дозатора.

Блоки 3 могут быть покрыты диборидом титана, что приводит к улучшению смачивания поверхности блоков расплавленным металлом и образованию на верхнем основании блока пленки алюминия, которая непрерывно циркулирует и тем самым облегчает растворение глинозема.

Для обеспечения большей устойчивости блоков отношение площадей верхнего и нижнего оснований может изменяться от 1:1 до 1:2.

При такой конструкции алюминиевого электролизера обеспечивается повышение полноты и скорости растворения глинозема и снижение количества осадков на угольной подине под металлом, а также существенно упрощаются алгоритмы питания ванны глиноземом и упрощается поддерживание выбранной заранее оптимальной концентрации глинозема, что в свою очередь повышает выход по току. При этом происходит улучшение следующих ТЭП электролиза алюминия: увеличение производительности электролизера и его срока службы, снижение расхода электроэнергии, трудозатрат, сжатого воздуха, потерь фтористых соединений, улучшение экологии на рабочем месте.

Изобретение относится к конструкции электролизеров для получения алюминия. Электролизер включает катодное устройство, содержащее шахту с угольной подиной, выложенную из угольных блоков, заключенных в металлический кожух, с размещенными между металлическим кожухом и угольными блоками огнеупорными и теплоизоляционными материалами, анодное устройство, содержащее угольные аноды, соединенные с анодной шиной, размещенные в верхней части ванны и погруженные в расплавленный электролит, и систему автоматической подачи глинозема (АПГ), содержащую пробойник электролитной корки и питатель глинозема. На угольной подине под каждым из питателей АПГ установлены блоки, стойкие к разрушению в криолитоглиноземных расплавах и жидком алюминии. Верхнее основание блока расположено на уровне или выше уровня жидкого алюминия, не более чем на 2 см. Блоки могут быть выполнены из углерода или из карбида кремния, или из смеси диборида титана и оксида алюминия на высокотемпературной связке. Внутрь блоков могут быть вмонтированы вставки из тяжелого материала, например из чугуна. Отношение площадей верхнего и нижнего оснований блоков изменяется от 1:1 до 1:2. Величина площади верхнего основания блока выбрана из условия попадания на нее от 30 до 80% загружаемого через дозатор глинозема. Блоки могут быть покрыты диборидом титана. Верхнее основание блоков может быть выполнено плоским, или выпуклым, или вогнутым. Обеспечивается повышение полноты растворения глинозема и снижение его количества, попадающего под слой жидкого металла. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Электролизер для производства алюминия, включающий катодное устройство, содержащее шахту с угольной подиной, выложенную из угольных блоков, заключенных в металлический кожух, с размещенными между металлическим кожухом и угольными блоками огнеупорными и теплоизоляционными материалами, анодное устройство, содержащее угольные аноды, соединенные с анодной шиной, размещенные в верхней части ванны и погруженные в расплавленный электролит и систему автоматической подачи глинозема (АПГ), содержащую пробойник электролитной корки и питатель глинозема, отличающийся тем, что для сбора и постепенного растворения подаваемого в электролит глинозема на угольной подине под каждым из питателей АПГ установлен блок, стойкий к разрушению в криолитоглиноземных расплавах и жидком алюминии, верхнее основание которого расположено на уровне или выше уровня жидкого алюминия.

2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что верхнее основание блока расположено выше уровня жидкого алюминия не более чем на 2 см.

3. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что блоки выполнены углеродными.

4. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что блоки выполнены из карбида кремния.

5. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что блоки выполнены из смеси диборида титана и оксида алюминия на высокотемпературной связке.

6. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что в блоки вмонтированы вставки из тяжелого материала, например из чугуна.

7. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что отношение площадей верхнего и нижнего оснований блоков составляет от 1:1 до 1:2.

8. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что величина площади верхнего основания блока выбрана из условия попадания на нее от 30 до 80% загружаемого через дозатор глинозема.

9. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что блоки покрыты диборидом титана.

10. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что верхнее основание блоков выполнено плоским, или выпуклым, или вогнутым.