Способ питания глиноземом электролизера для получения алюминия Советский патент 1992 года по МПК C25C3/06 

Изобретение относится к получению алюминия электролизом криолит-глиноземных расплавов.

Известен способ питания глиноземом электролизера для получения алюминия, включающий периодическое разрушение электролитной корки и засыпку порции глиноземом.

Способ имеет следующие недостатки:

повышенный расход глинозема на единицу продукции из-за его большого пылеуноса при разрушении электролитной корки;

образование в ванне глиноземистых осадков из-за большой разовой загрузки (до 250 кг) в электролит, что повышает, рабочее напряжение на ванне, т.е. увеличивает расход электроэнергии;

большое количество вредных выбросов и потерь фтористых солей в результате испарения и гидролиза компонентов электролита, а также значительные теплопотери

ванны при разрушении электролитной корки, .;

Известен другой способ питания глиноземом электролизера для получения алюминия, включающий периодическую загрузку глинозема порциями на поверхность электролитной корки и постепенное погружение нижней части корки в электролит. По этому способу электролитную корку при загрузке глинозе.ма не раэрушают, а питание ванны глиноземом осуществляют путем его растворения в электролите непосредственно из корки при ее постепенном погружении в электролит. Разрушение корки производят только при технологической обработке ванн..

Способ устраняет указанные недостатки, однако требует специального устройства для погружения корки в электролит.

Целью изобретения является снижение материальных и трудовых затрат при загрузке глинйзема в электролизер.

Это достигается тем, что в известном способе питания глиноземом электролизера для получения алюминия, включающем периодическую загрузку глинозема порциями на поверхность электролитной корки, постепенное погружение нижней части корки в электролит, а также периодическое разрушение корки, разрушение корки осуществляют перед загрузкой глинозема с интервалом 1-8 суток, после чего на открытую поверхность электролита засыпают глинозем слоем 0,5-1.0 см, содержащий 13-25 мас.% а-А120з с 15-35 мас,% фракции минус 45 мкм, через 0,5-0,75 ч загружают порцию глинозема того же состава в количестве, в 2-3 раза превышающем массу первоначальной загрузки, а затем через каждые 3-4 ч до очередного разрушения электролитной корки загрузку глинозема ведут порциями в 6-8 раз, превышающими массу первоначальной загрузки.

Интервалы времени разрушения электролитной корки (один раз в 1-8 суток) установлены на основании технологического режима работь электролизера. Верхний предел времени разрушения корки составляет один раз в восемь суток и определяется периодичностью технологической обработки ванн, заключающейся в съеме угольной пены с поверхности электролита, очистке подколокольного пространства (для электролизеров с верхним токоподводом), подрубке настылей и др. Превышение этого предела не допускается, так как ведет к технологическому расстройству электролизера.

Нижний предел времени разрушения корки составляет один раз в сутки и определяется постоянством теплового режима работы электролизера. Как правило, ванны с нормальным технологическим ходом, работающие в течение суток без вскрытия корки, сохраняют стабильное тепловое равновесие. Поэтому разрушать электролитную корку с периодичностью менее, чем один раз в сутки, нецелесообразно, так как повышаются теплопотери ванны и нарушается ее тепловое равновесие. В результате различных аномалий в работе электролизера, таких как периодические броски (повышение) тока на серии, изменение гидродинамической ситуации в ванне, анодные эффекты (возникновение которых в предлагаемом способе не исключено), возможен перегрев электролита, если корку не вскрывать более суток. Поэтому (для поддержания постоянства температуры ванны) в соответствии с контрольными замерами температуры электролита, которые проводятся раз в двое суток, устанавливают необходимый интервал воемени (одни, двое, трое и более суток) разрушения электролитной корки, обеспечивающий тепловое равновесие в ванне и составляющий не менее одних суток и не

более восьми.

Питание ванн глиноземом в промежутках между очередными разрушениями корки происходит непосредственно из корки. После разрушения электролитной корки

на открытую поверхность электролита засыпают глинозем слоем 0,5-1,0 см. В результате пропитки глинозема электролитам и перекристаллизации у-М20з в а-АЬОз на поверхности электролита образуется корка,

состоящая из сеток, образованных спаянными между собой кристаллами а - AlaOs, пространство между которыми заполнено насыщенным по глинозему электролитом и отдельными зернами глинозема. Насыщение электролита глиноземом снижает его плотность.

Быстрое испарение из глинозема влаги и летучих составляющих при контакте его с открытой поверхностью электролита в глиноземной засыпке образует известные гейзеры глинозема. Возникновение этих гейзеров в засыпке приводит к тому, что корка в процессе ее формирования образуется пористой.

Наличие в криолит-глиноземной корке указанных сеток и образованных гейзерами пор обеспечивает глинозему плавучесть на поверхности электролита,

Такие плавающие корки образуют глиноземы с содержанием a-AlaOa и фракции минус.45 мкм соответственно 13-25% и 1535%. При содержании в глиноземе а- AJzOa и фракции минус 45 мкм соответственно более 25% и 35% образуется твердая и малопористая корка, так как гейзерный эффект в глиноземной засыпке при формировании корки практически отсутствует из-за невысокого содержания в глиноземе влаги и летучих составляющих. Такая корка

неспособна плавать на электролите, а расстояние между коркой и электролитом достигнет 5-7 см и более. При этом при загрузке на корку глинозема она не спускается на электролит, а при загрузках, превышающих предел прочности корки, она полностью обрушивается в расплав.

Напротив, глиноземы с содержанием а - А120з и фракции минус 45 мкм сёртветственно менее 13% и 15% формируют очень

мягкие корки, так как в них не образуются кристаллические сетки. Такие корки не выдерживают даже малых нагрузок и замешиваются в электролит. К же глиноземы с низким содержанием а - А120з сильно пылят при загрузке в электролит из-за большого содержания в них влаги и летучих и приводят к гидролизу электролита.

Поэтому для осуществления предлагаемого способа выбраны глиноземы с содержанием а- А120з и фракции минус 45 мкм соответственно 13-25% и 15-35%, отвечающие образованию плавающих корок.

На открытую поверхность электролита загружают порцию глинозема слоем 0,5-1 см. Загрузка глинозема слоем более 1 см приводит к тому, что глиноземная засыпка из-за большой разовой загрузки обрушивается в электролит, не успев создать корки. При слое засыпки глинозема менее 0,5 см. поверхность электролита из-за неравномерности засыпки и барботажа ее газами локально обнажается и сплошной корки не образуется.

Время образования корки на повер 4ности электролита 0,5-0,75 ч. Питание ванны глиноземом в течение этого времени происходит в основном за счет глинозема, попавшего в электролит при разрушении корки, и частично непосредственно из криолит-глиноземной корки..

Через. 0.5-0,75 ч (время образования корки) на вновь сформированную корку засыпается новая порция глинозема в количестве 2,0-3,0 от массы первоначальной загрузки.

Под давлением массы глиноземной засыпки нижняя часть корки по всей площади погружается в электролит. По мере ее погружения электролит пропитывает слой глиноземной засыпки, из которого формируется новая корка.

Загрузка глинозема на корку ранее 0,5 ч приводит к разрушению корки, так как она полностью еще не сформировалась. Проводить загрузку глинозема на корку более чем через 0,75 ч нецелесообразно, так как необходимо, чтобы процесс формирования новой корки из глиноземной засыпки начался как можно быстрее (к тому же.засыпка производится на уже сформированную корку).

Пределы загрузки глинозема на корку 2,0-3,0 от массы первоначальной загрузки. Загрузка глинозема на корку, превышающая 3,0 массы первоначальной загрузки, может, приводит к разрушению корки, а менее 2,0 не обеспечивает полного загружения корки в электролит, необходимого для последующей пропитки расплавом глиноземной засыпки и формирования из нее новой корки.

В результате засыпки глинозема на корку, погружения ее в электролит и последующей пропитки глиноземной засыпки

расплавом на электролите образуется криолит-глиноземная корка толщиной 3-5 см.

На эту корку периодически загружают порции глинозема массой 6-8.0 от его первоначальной загрузки с интервалом времени 3-4 ч. Верхний предел загрузки глинозема (8,0) определяется механической прочностью корки. Превышение этого предела может приводит к обрушиванию корки

10 с глиноземной засыпкой в злектролит. Нижний предел загрузки глинозема (6,0) выбран из практических соображений: такая загрузка обеспечивает необходимое погружение корки в расплав, а снижение массы загрузки

15 (менее 6,0) приводит лишь к увеличению ее частоты и, соответственно, к увеличению трудовых и энергетических затрат.

Интервал времени периодических загрузок глинозема (3-4 ч) определяется скоростью электрохимического потребления глинозема в ванне.

Таким образом, процесс питания электролизера глиноземом по предлагаемому способу состоит из загрузки глинозема на

5 корку, погружения нижней части корки под действием массы глинозема в расплав, растворения в нем глинозема из корки, пропитки слоя глиноземной засыпки электролитом и последующего образования новой корки.

0 Процесс протекает непрерывно и обеспечивается периодической загрузкой на корку новых порций глинозема. Питание ванн глиноземом осуществляется путем его растворения в электролите непосредственно из

5 корки.

Способ осуществляли следующим образом. В соответствии с регламентом (один раз в 1-8 суток) на электролизере разрушали криолит-глиноземную корку с глиноземной засыпкой, растворяли их в электролите и проводили технологическую обработку ванны...

На открытую поверхность электролита с 5 одной продольной стороны электролизера равномерно загружали глинозем в количестве ВО кг. Такая масса глинозема Не удерживалась на поверхности расплава и обрушивалась. При снижении массы загрузки глинозема до 40 кг, что соответствовало толщине его слоя 1 см, глиноземная засыпка удерживалась на поверхности электролита и образовывала плавающую корку. При дальнейшем снижении массы загрузки глинозема до 20 кг также образовывалась плавающая корка, равномерно покрывающая поверхность расплава. Однако при снижении загрузки менее 20 кг сплошной корки не образовывалось и расплав локально обнажался, а корка была непрочной.

После первоначальной засыпки глинозема через 30 мин на нее загружалась (также равномерным слоем) новая порция глинозема. В этом случае, когда время вторичной загрузки было менее 30 мин, весь глинозем, находящийся на поверхности расплава, обрушился, так как этого времени было недостаточно для образования прочной корки, Это было подтверждено и лабораторными исследованиями времени образования корки.

При времени выдержки на поверхности расплава первоначальной загрузки глинозема более 30 мин корка полностью сформировывалась (на основании ряда лабораторных опытов установлено, что время полного образования корки 0,5-0,75 ч). Поэтому вторичная загрузка глинозема после выдержки первоначальной загрузки более 30 мин не приводила к обрушиванию глинозема в расплав.

Массу вторичной загрузки глинозема выбирали, исходя из предела прочности корки. При загрузке на корку глинозема массой 130 кг она не выдерживала нагрузки и разрушалась. Максимальная предельно допустимая масса загрузки глинозема 120 кг, т.е. 3,0 от максимальной первоначальной его загрузки. С уменьшением этой величины давление массы вторичной загрузки глинозема на корку снижалось, а глубина ее погружения в электролит уменьшалась. При массе.вторичной загрузки глинозема менее 80 кг (2,0 от массы первоначальной загрузки) корка полностью в расплав не погружалась и вторичная глиноземная засыпка не пропитывалась электролитом и не образовывала новой корки.

В результате двух последующих засыпок глинозема на поверхности расплава образовывалась прочная плавающаякорка толщиной до 5 см. Массу последующих периодических загрузок глинозема на эту корку подбирали максимально возможной, исходя из наименьшей частоты загрузки глинозема и прочностных свойств корки, Эта масса составила 320 кг (или 8,0 от первоначальной загрузки). Е превышение приводило в разрушению и обрушиванию корки в электролит. Полное погружение корки в расплав, необходимое для ее дальнейшего образования, обеспечивалось при массе загрузки глинозема 240 кг (или 6,0 от первоначальной загрузки).

Глинозем массой 240-320 кг электрохимически вырабатывался в электролизере соответственно за 3-4 ч. Поэтому периодичность загрузки глинозема на корку так же 3-4 ч.

Использование для осуществления предложенного способа глиноземов с со-. держанием альфа-Фазы и фрак:цйи минус 45 мкм соответственно более 25% и 35% и

менее соответственно 13% и 15% не дало положительного результата, В первом случае образовывалась твердая корка, зависаю щая над электролитом (не плавающая на нем) между анодом и бортовой настылью.

Во втором случае глинозем, загруженный на поверхность электролита, сильно пылил (изза высокого содержания гамма-глинозема) и не образовывал корки.

При технологической обработке ванны

(полном механическом разрушении корки) более чем через 8 суток происходило ее технологическое расстройство из-за накопления в электролите угольной пены, которое приводило, например, через 9 суток к сильному перегреву расплава (до 980-985°С) изза повышенного электросопротивления электролита при наличии в нем угольной пены.

Технологическая обработка ванны чаще, чем один раз в сутки, вызывала необходимость поддерживать рабочее напряжение на электролизере на 0,2-0,3 В выше обычного с целью компенсации потерь тепла, вызванных повышенной частотой вскрытия корки.

Предлагаемое техническое решение отличается от известного отсутствием специального устройства для погружения корки в электролит, включающего бункер, балку, механизм перемещения. Отсутствие этого устройства обеспечивает в предлагаемом изоЬретении снижение материальных и трудовых затрат, а именно затрат на изготовление устройства и его обслуживание,

периодическую ревизию, ремонт, так как устройство работает в абразивной среде (глиноземная пыль).

Формулаизобретения

Способ питания глиноземом электролизера для получения алюминия, включающий периодическую загрузку глинозема порциями на поверхность электролитной корки,

0 постепенное погружение нижней части корки в электролит, а также периодическое разрушение корки, отлич-ающийся тем. что, с целью снижения материальных и трудовых затрат при загрузке глинозема в электролизере, перед загрузкой глинозема осуществляют разрушение корки с интервалом 1-8 суток, после чего на открытую поверхность электролита засыпают глинозем слоем 0,5-1.0 см, содержащим 13-25 мае, % а - А120з с 15-35 мас.% фракции минус

9171398410

45 мкм, через 0,5-0,75 ч загружают порциюочередного разрушения электролитной корглинозема того же состава в количестве, вки загрузку глинозема ведут порциями, в

2-3 раза превышающем массу первоначаль-6-8 раз превышающими массу первонаной загрузки, а затем через каждые 3--4 ч дочальной загрузки.

Изобретение относится к получению алюминия электролизом криолит-глиноземных расплавов. Цель изобретения - снижение материальных и трудовых затрат при загрузке глинозема в электролизер. Перед загрузкой глинозема в электролизер производят разрушение корки с интервалом в 1-8 суток, после чего на открытую поверхность электролита засыпают глинозем слоем 0.5- 1,0 см. Глинозем содержит 13-25% «-А^Оз .с крупностью минус 45 мкм в количестве 15-35%. Последующую загрузку производят через 0.5-0,75 ч и вводят глинозем того же состава в количестве, в 2-3 раза превышающем массу первоначальной загрузки, а затем через 3-4 ч до очередного разрушения электролитной корки глинозем загружают порциями, в 6-8 раз' превышающими массу первоначальной загрузки.