Способ электролитического получения алюминия в электролизерах с самообжигающимся анодом Советский патент 1993 года по МПК C25C3/06 

Известен способ перемещения анодного кожуха алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом, согласно которому по мере срабатывания анода он опускается с помощью основного механизма, в то время как анодный кожух с помощью вспомогательного механизма поднимается относительно рамы с точно такой же скоростью. В результате абсолютная скорость перемещения анодного кожуха оказывается равной нулю, он остается неподвижным относительно катодного кожуха электролизера.

Целью изобретения является автоматизация подачи глинозема в расплав, герметизация электролизера, снижение потерь фтора и выхода угольной пены.

Указанная цель достигается тем, что глинозем подают самотеком или за счет глиноземно-воздушной смеси на криолито-гли- ноземную корку под газосборник в направлении от борта ванны к аноду настильно за счет угла естественного откоса по мере растворения глинозема в электролите таким образом, что расстояние между боковой гранью анода и вершиной угла естественного откоса глинозема на корке под- держивают в пределах 0,01-0,05 расстояния борт-анод, причем подъем анодного кожуха и жестко связанного с ним колокольного газосборника на заданную величину производят периодически между циклами регулирования межполюсного зазора. Избыточное давление сжатого воздуоо

СА) О 4

Ю

сл

СА)

ха, формирующего глиноземно-воздушную смесь, не превышает 0,016 кг/см2, а соотношение расхода воздуха и анодных газов составляет (0,2-0,5): 1.

Подача глинозема на корку в направлении от борта ванны к аноду за счет угла естественного откоса позволяет, во-первых, герметизировать зазор колокол-электролит путем поддержания величины противолежащего катета при наличии таких операций, ка регулйрован ие МПЗ и подъем анодного кожуха, ат акжё автоматизировать подачу глинозема засечет простейших устройств. Во-вторых, организуется непрерывная подача глинозема по мере растворения его в расплаве электролита за счет поддержания расстояния между боковой гранью анода и вершиной угла естественного откоса глинозема в пределах 0,01-0,05 расстояния борт-анод. При этих условиях вершина угла естественного откоса находится на границе криолито-глиноземной корки в зоне максимальных скоростей конвективных потоков циркуляции электролита, что обеспечивает наиболее благоприятные условия растворения глинозема, равномерность и непрерывность его поступления в расплав.

Величина соотношения расстояния между боковой гранью анода, и вершиной угла а с расстоянием борт-анод, равная 0,01-0,05, обусловлена также необходимой величиной открытой поверхности электролита возле кромки анода для обеспечения свободной и беспрепятственной эвакуации анодных газов.

Подача холодного глинозема с периферии обеспечивает лучшую физическую адсорбцию HF, а сравнительно большая длительность нахождения частицы глинозема в контакте с газовой фазой, постепенный ее прогрев и замещение прореагировавших частиц глинозема на непрореагировавшие улучшает условия химической адсорбции HF и возвращение фтора в электролитический процесс.

Подъем анодного кожуха и жестко соединенного с ним газосборного колокола периодически между циклами регулирования МПЗ повышает возможность поддержания расстояния между боковой гранью анода и вершиной угла естественного откоса глинозема в заявляемых пределах за счет того, что исключается совпадение этих двух операций.

Таким образом, повышается равномерность поступления глинозема в электролит и тем самым точность регулирования МПЗ.

При подаче глиноземо-воздушной смеси наСтилЬцо в направлении от борта ванны

и

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

к аноду создаются благоприятные диффузионные и температурные условия для дожига СО и смолистых непосредственно под колоколом. При этом, увеличение доли С02 в подколокольном пространстве улучшает условия для сжигания выделяющейся при электролизе угольной пены по реакции С02 + С Бека 2СО, что позволяет снизить выход угольной пены. С другой стороны, подача кислорода воздуха с периферии исключает попадание его на боковую грань анода и выгорание последнего.

Таким образом, цикл дожига СО, угольной пены и смолистых замыкается одной химической цепью без участия углерода анода.

Изобретение поясняется чертежом (фиг.1, 2), изображающим сечение электролизера С 8Б на силу тока 156 кА с различным состоянием герметизации зазора колокол- электролит, соответствующим различным способам ведения электролиза: а -с полной разгерметизацией, в - по прототипу, б - по способу, г - по предлагаемому способу.

Устройство для реализации способа содержит самообжигающийся анод 1 с анодным кожухом 2 и жестко закрепленным на нем колокольным газосборником 3, патрубка 4 для подачи глинозема 5 на корку 6 под колокол 3. Нижняя часть патрубка 4 проходит через нижнюю часть колокола 3 в направлении от борта 7 к аноду 1 под углом к горизонтальной плоскости. Другая ветвь патрубка 4 расположена с внешней стороны колокола 3 для улучшения герметизации электролизера. Глинозем в точки поступает из навесных бункеров, расположенных снаружи продольных сторон анодного кожуха (на чертеже не показано).

Способ осуществляется следующим образом.

При установившемся электролизе на поверхности электролита в пространстве борт-анод формируется криолито-глино- земная корка 6, на которую по патрубку 4 самотеком или с помощью сжатого воздуха подают глинозем 5 в направлении от борта 7 к аноду 1, Глинозем накапливается на корке 6, образуя угол естественного откоса а, вершина которого находится на расстоянии с b - а от анода. По мере расхода глинозема в процессе электролиза вершина угла а начинает смещаться в направлении борта 7; нижняя часть патрубка 4 открывается, глинозем поступает на корку, и вершина угла а начинает смещаться в направлении анода 1, Расстояние с поддерживают за счет положения колокола 3 и уровня электролита относительно корки б. Подъем анодного кожуха производят периодически на заданную величину между циклами регулирования МПЗ. Это обусловлено следующим.

Регулирование МПЗ прямо связано с концентрацией глинозема в электролите; как известно, при снижении концентрации глинозема возрастает электрохимическая составляющая напряжения на электролизере. Поэтому цикл регулирования пройдет по признаку - (уменьшение МПЗ); анод опускают, уровень электролита поднимается, и происходит растворение глинозема криоли- то-глиноземной корки за счет ее погружения, в электролит. При этом погружается также вершина угла а, постепенно смещаясь к борту. По окончании цикла регулирования, с учетом скорости естественного сгорания (расхода) анода, производят подъем анодного кожуха на заданную величину в ручном или автоматическом режиме. Глинозем по патрубку 4 поступает под колокол, и угол а смещается к аноду, восстанавливая величину С до исходного значения.

Таким образом, периодичность подъема анодного кожуха на заданную величину в промежутках между циклами регулирования МПЗ повышает равномерность подачи глинозема в расплав, улучшает условия адсорбции HF на глиноземе и герметизацию зазора колокол-электролит.

По мере накапливания катодного металла его уровень поднимается со скоростью 1,5-2 см/сутки. Поэтому часть циклов регулирования обязательно проходит по признаку + (увеличение МПЗ). Это обеспечивает поступление глинозема на корку и в расплав по предлагаемому способу, а также, герметизацию электролизера.

Подпор сжатого воздуха для подачи гли- ноземо-воздушной смеси по патрубку 4 может быть непрерывным или периодическим, одновременно с циклом подъема анода или анодного кожуха.

Величина давления подаваемого воздуха и соотношение его расхода с расходом анодных газов получены опытным путем.

Пример.На промышленном электролизере типа С8Б на силу тока 156 кА с устройствами согласно фиг, 1 г подают глинозем на корку под газосборный колокол самотеком в направлении от борта ванны к аноду по патрубкам, количество которых - по 6 штук с каждой продольной стороны электролизера, и ведут электролиз в течение 8 суток. Регулировку МПЗ производили через каждые 2 часа, подъем анодного кожуха - по мере сгорания анода через 30 мин после очередного цикла регулирования МПЗ. В ходе испытаний оценивали степень

герметизации электролизера, содержание HF в анодных газах, частоту анодных эффектов.

Полученные результаты в сравнении с 5 результатами по аналогу и прототипу отражены в табл.1.

Как видно из данных таблицы, предлагаемый способ обеспечивает герметизацию зазора колокол-электролит, высокую сте0 пень адсорбции HF на глиноземе с последующим возвращением фтора в процесс электролиза, автоматизацию подачи глинозема и стабильную концентрацию его в расплаве электролита, что проявляется в

5 снижении частоты возникновения анодных эффектов по сравнению с известными способами.

П р и м е р 2. На том же электролизере глинозем подают на корку под колокол в

0 направлении от борта ванны к аноду по патрубкам при помощи сжатого воздуха и ведут электролиз в течение 30 дней по каждому примеру. Регулировку МПЗ и подъем анодного кожуха ведут аналогично примеру 1.

5 Результаты испытаний в сравнении с аналогом отражены в табл. 2.

Судя по полученным результатам, предлагаемый способ получения алюминия обеспечивает снижение выхода угольной пены

0 за счет ее эффективного дожига под газосборным колоколом. Некоторое возрастание выхода угольной пены в примере 5 можно объяснить повышением окисляемо- сти боковой грани анода за счет избытка

5 молекулярного кислорода, подаваемого с воздухом.

Предлагаемый способ позволяет также сохранить эффективность газоотсоса за счет незначительного приращения объема

0 отсасываемых газов по сравнению с аналогом, где происходит 2-2,5 кратное увеличение объема газов.

В табл. 3 отражены технико-экономические показатели работы электролизера по

5 предлагаемому способу в сравнении с электролизерами-свидетелями по результатам, полученным в примерах 1 и 2.

Как видно из данных табл. 3, производительность электролизера по предлагаемому

0 способу на 7-11 кг Ai/сутки выше, чем по известным способам, за счет более равномерной подачи и режима естественного растворения, в расплаве по мере его расходования. Очевидно, растворение гли5 нозема с корки по предлагаемому способу происходит при постоянном насыщении в концентрациях, необходимых и достаточных для служебного процесса электролиза и в зонах с наибольшими скоростями циркуляции электролита. На это же указывает и

значительно более низкие рабочее напряжение, а также частота возникновения анодных эффектов (таблица 1).

Формула изобретения 1. Способ электролитического получения алюминия в электролизерах с самообжигающимся анодом, включающий подачу глинозема на криолитоглиноземную корку под газосборник, автоматическое регулирование междуполюсного зазора и перемеще- ние анодного кожуха, отличаю щи и с я тем, что, с целью автоматизации подачи глинозема в расплав, герметизации электролизера и снижения потерь фтора, глинозем подают по мере растворения его в электролите в направлении от борта ванны к аноду при поддержании расстояния между боковой гранью анода и вершиной угла естественного откоса глинозема на корке, равного

0,01-0,05 расстояния борт-анод, причем подъем анодного кожуха на заданную величину производят периодически между циклами регулирования междуполюсного зазора.

2, Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью снижения выхода угольной пены и объема отсасываемых газов, избыточное давление сжатого воздуха не превышает 0,016 кгс/см2, а соотношение расхода

воздуха и анодных газов составляет (0,2- 0,5): 1.

Таблица 1

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к усовершенствованию способа получения алюминия в электролизерах с самообжигающимся анодом. Цель изобретения - автоматизация подачи глинозема в расплав, герметизация электролизера, снижение потерь фтора и выхода угольной пены. Подают глинозем на корку под газосборный колокол самотеком или с помощью сжатого воздуха настильно по мере растворения в электролите, в направлении от борта ванны к аноду таким образом, что расстояние между боковой гранью анода и вершиной угла естественного откоса глинозема на корке поддерживают в пределах

. по аналогу давление воздуха и соотношение воздух-глинозем не оценивали; с учетом подаваемого воздуха;результаты средние по 10-ти замерам.

Таблица 2

Уро&ень 5/кктролита

Уро&ень электролита

фиг. 1

- УроВень электролита

- УР°&еш элек/промта

фиг. 2