Способ монтажа катодного узла электролизера для получения алюминия Советский патент 1980 года по МПК C25C3/08 

1

Изобретение относится к области металлургии алюминия электролизом и может быть использовано при монтаже катодного узла алюминиевого электролизера.5

Известен способ монтажа катодного узла электролизера для получения алюминия, включающий установку на огнеупорную теплоизоляционную футеровку углеродистьах боковых и подовых катод- О ных блоков и заделку межблочных и периферийных швов углеродистой массой 1.

Недостатком данного способа монтажа электролизера является то, что при коксовании углеродистой массы в пе- 15 риод обжига в швах образуются пары и щели, по которым в процессе эксплуатации электролизера под катодные блоки просачиваются и электролит, и алюминий. От этого проникновения разрушают-20 ся стальные катодные стержни и возниKcUOT объемные изменения в шамотной футеровке, что приводит к поднятию катодных блоков .и раскрытию швов. По указанной причине сортность алюминия 25 ухудшается и электролизер отключают на капитальный ремонт.

Известны также способы монтажа катодного узла электролизера для полу-, чения алюминия, согласно которым в 30

межблочные и периферийные швы зас;лпают порошкообразный материал, например смеси, составленные из компонентов электролита: глинозем, криолит, фториды кальция и магния. Сверху швы заделывают углеродистой массой 2 .

Недостаток данного способа состоит в том, что смеси пропускают электролит и происходит .поднятие подины и ее корродирование.

Наиболее близким к изобретению является способ, по которому под углеродистые блоки и в нижнюю часть межблочных и периферийных швов засыпают карбид кремния, а верхнюю часть швов заделывают углеродистой массой 3.

Использование указанных порошкообразных материалов для засыпки швов не устраняет просачивание под блоки как электролита, так и металла, в результате чего срок службы электролизера существенно не возрастает .

Цель изобретения - увеличение срока службы электролизера.

Цель достигается тем, что в способе монтажа катодного узла электролизера для получения алюминия, вк.пючающем засыпку под углеродистые катодные блоки и в нижнюю часть межблочных и периферийных швов порошкообразного м териала и заделк-у верхней 1асти швов углеродистой массой, под блоки и в нижнюю часть швов засыпают кремнезем предпочтительно в виде природного кварцевого песка. Кремнезем засыпают т.акже между боковой футеровкой и сте кой катодного кожуха. Кроме того, пространство между верхней кромкой боковой футеровки и фланцевым листом заделывают смесью кремнезема со связующим, предпочтительно водным раствором силиката натрия. Использование кремнезема для засыпки под катодные блоки, в швы и между стенкой катодного кожуха и боковой футеровкой,а также для задел ки пространства между верхней кромкой боковой футеровки и фланцевым листом, препятствует просачиванию электролита и металла в полости, за полненные им..Происходит это потому что в условиях, существующих на дей ствующем электролизере, при соприко новении с кремнеземом первых просочившихся по щелям порций электролита происходит образование вязкой стеклообразной массы, труднорастворимой в криолите, которая препятств ет дальнейшей пропитке кремнезема электролитом. При проникновении до образовавшегося стеклообразного сло алюминия он за счет химического вза имодействия со стеклом покрывается прочной оболочкой из окислов, алюминия и кремния, также стойкой к воздействию криолита. Если в первую очередь до кремнезема просочится алюминий, то вследствие плохой смачиваемости им SiO,, а также значительного уплотнения засыпки от расширения кремнезема (от 20 до 900°С на 1%) проникновение его в межзеренное пространство при существующем в электролизере гидростатическом напоре маловероятно. Кроме того, при контакте алюминия с кремнеземом также протекает химическая реакция с образованием на границе раздела тугоплавких окислов, закупоривающих поры. Таким образом, принципиальное отличие предложенного способа монтажа катодного узла электролизера для получения алюминия с использованием засыпки из кремнезема от всех известных способов заключается в том, что он в условиях, существую щих на действующем электролизере, а тивно вступает во взаимодействие с алюминием и электролитом с образов нием новых фаз, препятствующих дал нейшей фильтрации расплавов. Пример. Проводили исслед ние пропитки кварцевого песка (наи лее распространенная форма кремнез ма в природе) криолитоглиноземным p плавом и алюминием а неполяризован ной ячейке, В графитовом блоке размером ЮОх х100х120 мм было сделано углубление размером 60x60x50 мм, ниже которого была выполнена щель глубиной 60 мм и шириной 15.мм. В щель на высоту 40 мм насыпали сухого кварцевого песка со средней крупностью зерен основной фракции 0,315 мм, после чего в ель закладывали Г-образную пластину из алюминия шириной 55 м и толщиной 2 мм таким образом, что одной своей частью она горизонтально укладывалась на песок, а другой касалась вертикальной стенки щели. Затем ячейку помещали, в печь при 150-200°С, в оставшуюся часть щели набивали подовую массу. При нагреве ячейки до 800-850с в нее загружали 100 г алюминия и 150 г электролита, взятого из промьшшенного электролизера. Выдержку ячейки в печи при 970-1000с проводили в течение 1 ч. После охлаждения ячейки она была разрезана поперек щели.Осмотр показал, .что вся масса песка была пропитана электролитом, а объем алюминия, находящийся в контакте с пропитанным песком,был покрыт корочкой окислов толщиной около 0,5 мм. П р и м е р 2. Проводили исследование пропитки кварцевого песка криолитоглиноземным расплавом и алюминием в поляризованной ячейке. Конструктивно ячейка была выполнена так же, как и в примере 1. Модель отвечала условию, при котором первым до кварцевого песка по щели в нее просочился алюминий. После расплавления в ячейке алюминия и электролита ее подключали к источнику постоянного тока. Катодом служил корпус ячейки, анодом - погруженный в электролит графитовый стержень диаметром 20 мм. Сила тока в Цепи 5 А; выдержка ячейки в печи при 670-1000°G в течение 5 ч. Осмотр поперечного разреза ячейки показал, что верхний слой песка толщиной около 5 мм, находящийся под слоем алюминия, превратился в стеклообразное вещество черного цвета, а сам алюминий был покрыт оболочкой из окислов. Под слоем стеклообразного вещества находился сыпучий песок . Пример 3. Исследовали пропитку кварцевого песка криолитоглиноземным расплавом и алюминием в поляризованной ячейке, моделирующей условия, при которых первым до песка просочился электролит. Для этого в щель вставляли плоскую пластину из алюминия толщиной 1 мм, которую извлекали после набивки подовой массы. Анализ разрезанной ячейки после выдержки ее в печи в течение 5 ч показал, что верхний слой песка превратился в стеклообразное вещество, а остальная его масса осталась сыпучей. Металла в шали не обнаружили.

П р и м е р 4. Качественно оценивали свойства образующихся в ячейке веществ. Стеклообразное вещество, извлеченное из ячейки, нагревали до 850-900°С. Было установлено, что при этих температурах оно представляет собой очень вязкую массу.

В расплав синтетического криолита (криолитовое отношение 2,7) с температурой ЮЗО-ЮбО С погружали стеклообразное вещество и корочку окислов с поверхности алюминия. Для визуального наблюдения за их поведением расплав просвечивали фокусированным лучом света от электрической лампочки. Установлено, что после 30-тиминутной выдержки оба образца практически не растворились в криолите.

Приведенные результаты показывают, что при поляризации ячейки кремнезем активно взаимодействует как с электролитом, так и с алюминием с образованием фаз, обладающих антифильтрацион,ными свойствами и стойкостью по отношению к криолиту.

Формула изобретения

1. Способ монтажа катодного узла электролизера для получения алюминия.

включающий засыпку под углеродистые катодные блоки ич в нижнюю часть межблочных и периферийных швов порошкообразного материала и заделку верхней части швов углеродистой массой, о т.личающийся тем, что, с це лью увеличения срока службы электролизера, под блоки и в нижннж) часть швов засыпают кремнезем,предпочтительно в виде, природного кварцевого песка.

o

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щи и с я тем, что кремнезем засыпают между боковой футеровкой и стенкой катодного кожуха.

3. Способ по пп. 1и2, отличаю щ и и с я тем, что пространство между верхней кромкой боковой футеровки и фланцевым листом заделывают смесью кремнезема со связующим, предпочтительно водным раствором силиката натрия.

Источники информации/ принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 3871986, кл. 204-243, 1973.

2.Авторское свидетельство СССР № 576353, кл. С 25 С-3/06, 1976. .

3 Авторское свидетельство СССР 289618, кл. С 22 d 3/02, 1968.