СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА АНОДНОЙ МАССЫ АЛЮМИНИЕВЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ Российский патент 2025 года по МПК C25C3/12 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области металлургии, а именно предназначено для производства анодной массы для алюминиевых электролизеров на основе каменноугольного пека или связующего из нефтяного сырья и может найти применение в электродной промышленности.

Уровень техники

Каменноугольный пек (КУП) является побочным продуктом в процессе получения металлургического кокса. Потребность в связующем пеке со стороны электродной промышленности и в производстве алюминия постоянно увеличивается. Каменноугольный пек является источником канцерогенных полиароматических углеводородов (ПАУ). На практике в качестве индикатора содержания ПАУ используется концентрация бенз(а)пирена в самом пеке или в выбросах при его коксовании. В свете растущих экологических ограничений на выбросы и снижения рынка каменноугольного пека, большое значение приобретает задача по замещению КУП другими видами связующего.

В качестве альтернативы каменноугольному пеку рассматривалось нефтяное связующее, которое получают переработкой различного нефтяного и нефтегазового сырья. Химический состав нефтяного связующего не менее сложен, чем у каменноугольных пеков. В сравнении с КУП, нефтяное связующее содержит значительно больше алифатического водорода и меньше ароматического водорода. Соответственно, доля ароматических канцерогенных углеродов в них ниже, чем в типичных каменноугольных пеках.

Известно, что нефтяное связующее может в ограниченном объеме использоваться при производстве электродной продукции, в основном в виде пропиточных и низкотемпературных пеков.

Допустимым способом вовлечения нефтяного связующего в анодном производстве является получение комбинированного связующего из каменноугольного и нефтяного пеков.

В патенте РФ [Лазарев В.Д. и др., патент РФ №2080418, С25С 3/12, 27.05.97. Способ производства анодной массы алюминиевых электролизеров] предложено в производстве анодной массы в качестве углеродсодержащего связующего использовать гомогенную смесь, полученную путем смешивания каменноугольного пека с нефтяным пеком при соотношении 19:1-2:1. Смешивание каменноугольного пека с нефтяным выполняют перекачиванием смеси из нижней зоны емкости в верхнюю зону из расчета 1-3-кратного обмена общим потоком в турбулентном режиме.

В патенте [WO 2022/207936 А1 Улучшенный пек, процесс его приготовления и использования] описан метод позволяющий использовать в качестве связующего нефтяной пек в смеси с каменноугольным. Содержание нефтяной составляющей в связующем достигает 70 %.

Известен способ получения связующего для электродной массы [Анушенков А.Н. и др., патент РФ №2489524, С25С 3/12, 10.08.2013.] из смеси каменноугольного пека и продуктов нефтепереработки, а именно тяжелой смолы пиролиза. К недостаткам метода можно отнести необходимость предварительного термоокисления и гомогенизации тяжелой смолы пиролиза в гидроударно-кавитационном импульсном эмульгаторе.

Предложенные способы применения нефтяного связующего показывают снижение механической прочности обожженной анодной массы, что может привести к преждевременному отключению электролизера. Кроме того, при использовании указанных способов высок показатель вредных выбросов при производстве алюминия. Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ производства анодной массы [патент RU 2116383 C1, С25С 3/12, опубл. 27.07.1998 г.] Согласно способа для производства анодной массы в качестве связующего был использован не только каменноугольной пек в смеси с нефтяным, но и чистый нефтяной пек. Способ решает задачу промышленной осуществимости способа с использованием нефтяных пеков с показателем содержания α-фракции всего диапазона, а также с использованием как чисто нефтяного связующего, так и гомогенной смеси его с каменноугольным пеком в любом соотношении.

Недостатком прототипа является то, что для получения качественной анодной массы необходимо изменять содержание пылевой фракции коксовой шихты для каждого конкретного связующего согласно заявленным математическим зависимостям. Данный способ трудно реализовать в промышленном производственном процессе. Нефтяное связующее по прототипу обладает повышенной текучестью, относительного каменноугольного пека, указанный гранулометрический состав может привести к ухудшению пластических свойств анодной массы, что приведет к повышенному расходу анодной массы и не позволит добиться прочной структуры анода.

Раскрытие сущности изобретения

Предлагаемый способ решает техническую задачу промышленного применения нефтяного пека в качестве связующего для производства анодной массы, позволяя тем самым расширить сырьевую базу для производства анодной массы, а также снизить количество вредных выбросов при производстве алюминия, без снижения качества анодной массы.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе производства анодной массы алюминиевых электролизеров, включающем дробление, классификацию и измельчение коксов нефтяного происхождения, дозировку компонентов коксовой шихты, смешивание коксовой шихты и нефтяного связующего, согласно заявляемому изобретению коксовую шихту смешивают с нефтяным связующим при температуре 191-200°С, при следующем соотношении гранулометрического состава коксовой шихты, мас.%:

Фракция (- 12,5+4,75) 12-16 Фракция (- 4,75+1,18) 22-26 Отсев (- 1,18+0,212) 15-19 Пыль (- 0,212 + 0) 43-47

Смешение коксовой шихты с связующим проводили при температуре 191-200 °С. Применение указанной температуры в способе позволило снизить время смешения анодной массы. Дальнейшее увеличение температуры нецелесообразно, так как нефтяное связующее имеет свойство к расслоению при температуре более 200 °С.

Предложенный гранулометрический состав шихты позволяет вовлекать нефтяное связующее в производство анодной массы, без риска расслоения коксо-пековой композиции, с достижением качественных характеристик на уровне анодной массы на основе каменноугольного пека. При этом не требует изменения рецептуры анодной массы при переходе с каменноугольного пека на нефтяное связующее, что делает способ реализуемым в промышленных условиях, позволяя тем самым расширить сырьевую базу для производства анодной массы, а также снизить количество вредных выбросов при производстве алюминия, без снижения качества анодной массы. Анодная масса по предложенному способу удовлетворяет требованиям технологического регламента производства анодной массы по показателям: удельное электрическое сопротивление; предел прочности на сжатие; коэффициент относительного удлинения.

Таким образом, заявляемый способ производства анодной массы на нефтяном связующем существенно отличается от прототипа, следовательно, соответствует критерию «новизна».

Осуществление изобретения

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Для приготовления анодной массы использовали связующее (каменноугольный пек) и коксовую шихту с гранулометрическим составом, мас.%:

Фракция (- 12,5+4,75) 14 Фракция (- 4,75+1,18) 24 Отсев (- 1,18+0,212) 17 Пыль (- 0,212 + 0) 45

Для приготовления коксовой шихты прокаленный кокс последовательно дробили на молотковой и валковой дробилке, рассеивали на грохоте на фракции - 12,5 + 4,75 мм; - 4,75 + 1,18 мм; - 1,18 + 0,212 мм и менее 0,212 мм. Затем из фракции - 4,75+1,18 и фракции менее 0,212 мм готовили пылевую фракцию в шаровой мельнице.

Смешение шихты с связующим проводили при температуре 191-200°С. Для определения физико-механических свойств анодную массу обжигали до температуры 960 °С со скоростью подъема температуры 15 °С/час, механически обрабатывали и определяли удельное электрическое сопротивление (УЭС), предел прочности на сжатие и коэффициент относительного удлинения (Таблица 1).

Пример 2. Способ по примеру 1, отличающийся тем, что в качестве связующего использовали нефтяной пек (НП).

Пример 3. Способ по примеру 1, отличающийся массовым соотношением гранулометрического состава в соответствии с Таблицей 1.

Пример 4. Способ по примеру 3, отличающийся тем, что в качестве связующего использовали нефтяной пек.

Пример 5. Способ по примеру 1, отличающийся массовым соотношением гранулометрического состава в соответствии с Таблицей 1.

Пример 6. Способ по примеру 5, отличающийся тем, что в качестве связующего использовали нефтяной пек.

Пример 7. Способ по примеру 1, отличающийся массовым соотношением гранулометрического состава в соответствии с Таблицей 1.

Пример 8. Способ по примеру 7, отличающийся тем, что в качестве связующего использовали нефтяной пек.

Пример 9. Способ по примеру 1, отличающийся массовым соотношением гранулометрического состава в соответствии с Таблицей 1.

Пример 10. Способ по примеру 9, отличающийся тем, что в качестве связующего использовали нефтяной пек.

Примеры 1 - 6 демонстрируют, что использование предложенного массового соотношения гранулометрического состава Фракция (- 12,5+4,75) (12-16%), Фракция (- 4,75+1,18) (22-26%), отсев (15-19%), пыль (42-47%) применимо как для каменноугольного, так и для нефтяного, кроме того выполнение способа согласно примерам 1-6 позволяет получить анодную массу с физико-механическими свойствами сопоставимыми со свойствами анодных масс на каменноугольном пеке и удовлетворяющими требованиям технологического регламента.

Примеры 7-8 показывают, что при использовании массового соотношения гранулометрического состава Фракция (- 12,5+4,75) (11%), Фракция (- 4,75+1,18) (27%), отсев (14%), пыль (48%) масса теряет пластические свойства, снижается коэффициент относительного удлинения. При этом растет удельное электрическое сопротивление, за счет уплотнения анода.

Примеры 9-10 показывают, что при использовании массового соотношения гранулометрического состава Фракция (- 12,5+4,75) (17%), Фракция (- 4,75+1,18) (21%), отсев (20%), пыль (42%) масса теряет свои прочностные характеристики, снижается механическая прочность. При этом, за счет уменьшения пылевой фракции, заметно растет коэффициент относительного удлинения.

Решение осуществляется за счет использования массового соотношения гранулометрического состава шихты, который применим как для каменноугольного пека, так и для нефтяного связующего. Способ позволяет использовать нефтяное связующее, для изготовления анодной массы, при этом не требует изменения пропорций коксовой шихты при переходе с каменноугольного пека на нефтяное связующее.

Изобретение относится к области металлургии, а именно предназначено для производства анодной массы для алюминиевых электролизеров на основе каменноугольного пека или связующего из нефтяного сырья, и может найти применение в электродной промышленности. Способ включает дробление, классификацию и измельчение коксов нефтяного происхождения, смешивание коксовой шихты и нефтяного или каменноугольного связующего, при этом смешивание коксовой шихты с связующим проводят при температуре 191-200°C, при следующем соотношении гранулометрического состава коксовой шихты, мас.%: фракция (-12,5+4,75) - 12-16, фракция (-4,75+1,18) - 22-26, отсев (-1,18+0,212) - 15-19, пыль (-0,212+0) - 43-47. Технический результат – возможность расширить сырьевую базу для производства анодной массы, а также снизить количество вредных выбросов при производстве алюминия без снижения качества анодной массы. 1 табл., 10 пр.

Способ производства анодной массы алюминиевых электролизеров, включающий дробление, классификацию и измельчение коксов нефтяного происхождения, смешивание коксовой шихты и нефтяного или каменноугольного связующего, отличающийся тем, что смешивание коксовой шихты с связующим проводят при температуре 191-200°С, при следующем соотношении гранулометрического состава коксовой шихты, мас.%:

Фракция (-12,5+4,75) 12-16 Фракция (-4,75+1,18) 22-26 Отсев (-1,18+0,212) 15-19 Пыль (-0,212+0) 43-47