Способ определения потерь фтора при электролизе алюминия Советский патент 1982 года по МПК C25C3/06 

(5) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕРЬ ФТОРА при ЭЛЕКТРОЛИЗЕ АЛЮМИНИЯ

I

Изобретение относится к электроли ЗУ и может быть использовано для контроля технологических параметров процесса электролиза алюминия.

Известно, что влага поступает в электролит с глиноземом и фтористЫми солями и что вредное влияние ее проявляется прежде всего в гидролизе фтористых солей

|-(nNaF-AlFo +HQO А1 j+2HFf

+ 2/3 nNaF.

Получаемый по этой реакции HF улетучивается вместе с анодными газами, а NaF повышает щелочность элект ролита, что вызывает дополнительный расход AlFa. Если принять, что состав равновесной газовой смеси для криолита cлeдyюlЦ J 1: 10,2 об. HF 89,2, то это будет означать, что 1 кг воды разрушает 0,17 кг AJF и дает 0,12 кг HF.

Кроме глинозема источником поступления влаги в электролит служит водород и метан, образукхчийся при коксовании анодной массы. По реакции Нг1+ COij. + СО получаются пары воды, разлагающие фтористые соли . Исследования показывают, что основная масса фтористого алюминия разлагается за счет этой влаги,и величина его равняется 19 кг на 1 т металла.

Суммируя эти потери, получают ве10личину общих потерь фтора 1.

Недостатком описанного метода является то, что он отдельно не учитывает потери фтора, образующиеся влагой воздуха, поступающей в элект1$ролизер через отверстия в корке элект ролита.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ оп20ределения потерь фтора при электролизе алюминия, включающий сбор анодных газов в условиях герметичной работы электролизера 12. Недостаток известного способа эак лючается в том, что он принимает во внимание только потери в виде возгонов фтористых солей. Кроме того, известный способ не учитывает потери образованные влагой воздуха, Целыо изобретения является повыше ние точност.и измерения фтора. Указанная цель достигается тем, что согласно способу, включающему сбор анодных газов в герметичных условиях работы электролизера, измеряют содержание С0( и. N( соответственно при герметичных условиях и наличия дбступа воздуха .в электролизер и содержание влаги в воздухе, а величину расхода определяют по зависимости:m 1,57K,.K - --где m - величина расхода AlF, обусловленная гидролизом фтористых солей влагой, вносимой в электролизер вместе с воздухом; К - содержание влаги в воздухе, К,, - количество AlFj, разрушаемого одним килограммом воды (0,17), кг/м,а - содержание СОп в анодных га зах в условиях отсутствия доступа воздуха в электроли зер; С - содержание N « в анодных газах в условиях наличия досг тупа воздуха в электролизер кг/м. Обычно принято считать, что при нормальной работе алюминиевых электролизеров отсутствует возможность доступа воздуха, а следовательно и доступа влаги, содержа1дейся в воздух под корку электролита. Исследования, проведенные в КАНАЗ показывают, что вследствие пульсирую щего выхода анодных гаЗов, через отверстия на двух противоположных стор нах электролизера, под корку элект ролита подсасываетсясвоздух, влага которого, подвергая гидролизу фторис тые соли, приводит к дополнительному расходу фтора (А1Рз). Пример. Пробы газов отбирают ся из одного и того же электролизера в течении двадцати -минут. За первые десять минут были отобраны две пробы анодных газов в условиях отсутствия доступа воздуха в лектролизер, т.е. при наличии одного огонька. Полученные данные свеены в табл. 1. За время второй десятиминутки оже были отобраны две пробы, но уже условиях наличия доступа воздуха в электролизер. Концентрации СОд(А), СО (в), N(C) и 0,j(D) в двух поседовательно взятых пробах приводятся в табл. 2. Если принять, что содержание влаги в воздухе для города Еревана составляет 0,00688 кг/м (данные получены из Управления гидрометеорологической службы Армянской ССР), то расход фтора равен 0,00688-.0,17 ... m 1,57 0,00019 кг/кг А1. Как видно из приведенных таблиц, в случае работы электролизеров в обычном режиме, т.е. когда на двух его сторонах действует по одному огоньку, в анодных газах концентрация азота достигает С П,192, что свидетельствует о его доступе под корку электролита. Когда же электролизер работает в герметичных условиях, концентрация азота в отобранных пробах анодного газа равна нулю. . Как видно из табл. 2 , а соотношение среднеарифметических значений COQ и СО 0,205. В случае отбора проб газа в негерметичных условиях - с 0,176. Так как Г Т то из этого следует, что вследствие подсоса воздуха соотношение COi и СО не изменяется в сторону его повышения (т.е. концентрация С0(1 в газоврздушной смеси не увеличивается). Концентрация C0(j повысилась бы в случае наличия реакции 2СО + О |2 (воздуха) 2С02 и отсутствия или незначительной степени развития вторичного процессаС0(2 + С (неполяризованный углерод) 2СО В алюминиевый электролизер вместе с количеством азота С вносится количество кислорода лУр,,. Зная соста;: воздуха и содержание азота в отобранном объеме анодных газов получаем .W 0.21С ог - о;79- Согласно приведенной формуле и реакции С -f 0|j COj, количество вновь образованного COij в кг/моль равно Од21С С0{ 0,7§ 22;Г Если принять, что из п (30 количество углекислого газа его количество вступает в реакцию с уг л§)одом, то количество непрореагир вавшего СО окажется равным COij COiL WQ. co, Количество же вновь образованно окиси углерода равно 2пооп. А Зная соотношения СО ij и СО ( ) составляем равенство , 0.21 С . V, л -22,k-0773 W А: Из этого равенства получаем , ВС сог 22, -ol7§ В переводе на кубические метры личества дополнительно образованных СО - лУсо и COfj - lofi окажутся равными ли1 2 9ji21i22 i BC СО - 2 22,Ц-0,79 20,266 (2А+В) р ,,В 22,-0,7Э ШВ 2-0,266 Суммарное количество СОл окажется р авным Avioo.+ uVcot 2-0,266 |iji|iПри силе тока 3 , составе конечного газа а и в и выходе по току 1 определяем часовое количество выделяющегося анодного газа. Для этого сперва определяем теоретическое часовое количество кислорода по формуле, вытекающей из закона ФарадеяV .Ja§:3.-., Oi. 26,8«1000 Вследствие обратной реакции электродных продуктов (2А1 ЗСО 2. Al Oi+ЗСО) за один час теряется im кг металла. Лт 0,336-10 3 (1 ). Согласно обратной реакции бесполезные потери кислорода, связанного в COij, составляют: .b5:22 |} X О.ЗЗбЮ З (1 -г ). Практическое количество кислорода Vo(2 , входящего в состав конечного анодного газа, будет равняться ..ft .т ..Ш . ..JiL- X Voii. Оч VO(L X .336b5:2|Aio-i3(i. После соответствующих преобразований получаем: vjij о,207|10 . 1 м анодного газа соответствует (а ) м кислорода, а Vj количеству кислорода соответствует o,M5io -35--.v При работе алюминиевого электролизера с двумя отверстиями количество анодного газа разбавляется С количеством азота и tVc,0( А количеством С0( и СО, образованных при окислении углерода анода кислородом воздуха. В новой (а+ё) + + ( i VCOQ. СО ) количеству газа соответствует А -f В, а (а+в) количеству газа соответствует концентрации . Отсюда получаем V iA--B) () с.ъ - -(;;J)-;o:266c () iAi§Ll2AlBl. с(Ь 2А В 2о72б6С() Суммарная концентрация СО и СО, бразованных окислением углерода нода кислородом воздуха равна соа о лхсог /V 2Од2б6С1А В1 20,266С( ) Соответствующим образом д X и йХ(0 окажутся равными У2Oj,266BClA+B) 0) ,266СТА+В)-Н2А+В .у2.Oj266ACj A+B Wu 2Го;2б6С(А+В)+2А+В Долевой концентра11ии X ./jj соответствует часовое личество газа, а концентрациям COi и д будет соответ вовать дополнительное количество С0,и. СО ( и ), образЬванных при окислении углеро да анода кислородом воздуха. Зная это, получаем 0,22-10 0,22ЧОЬ-......Нетрудно заметить,- что часовое количество кислорода воздуха равн ся 01 022..--уX 3(А 4| ) Зная, что 0,21 м кислорода со держится в 1 м воздуха, определ часовое количество воздуха, подса ваемого под корку электролита. Ъ 1 05-10-- -д; у -;-5А4|)3

В среднем из

двух проб0,672

Таблица 1

0,328

0,000

0,000 Такое количество воздуха вносит в электролизер и определенное количество влаги, которая, вступая в цию с фтористыми солями, приводит к потере фтора. Количество влаги в кг/м , вносимой в электролизер вместе с воздухом, составляет (2А+В)() %о -05К Если принять, что 1 кг НпО раз- , рушает 0,17 кг AlFj и дает 0,12 кг HF, то потери фтора в кг/ч будут равны MAeFj 1.05К,к -д- у у5:X ( ) Э 1-1о При часовой производительности , электролизера, .равной m -a-i2±i- 16,8-1000 потери фтористого алюминия за счет его разрушения влагой, вносимой в электролизер вместе с воздухом, подсасываемым под корку электролита (в пересчете на 1 кг алюминия)будут равны. АЙРз Ь57.-К,-гч ,.j Предлагаемое техническое решение выгодно отличается от всех известных методов тем, что позволяет подсчитать расход фтора вследствие гидролиза фтористых солей влагой, подсасываемой под корку электролита воздуха. Учет указанного расхода фтора позволяет разработать меры по достижению оптимальной технологии элект(ролиза алюминия.

В среднем из двух проб

0,530

Формула изобретения

Способ определен йя потерь фтора при электролизе алюминия, в(улючающий сбор анодных газов в условиях герметичной работы электролизера, о т|ПИчаю1цийся тем, что, с целью повышения точности измерения потерь фтора, измеряют содержание СО (2 и Ntj соответственно в условиях герметичной работы электролизера и в условиях наличия доступа воздуг ха в электролизер, а величину потерь определяют по зависимости

m

где m - величина потерь AIF кг/кг} К - содержание влаги в воздухе,

Таблица 2

0,00

0,297

0,173

количество AlFj.разрушаемого одним килограммом воды (0,17)

а - содержание COj в анодных газах в условиях отсутствия

доступа воздуха в электроли3eii, С - содержание азота в анодных

газах в условиях доступа , воздуха в электролизер, кг/м;

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Баймаков Ю.В. и Ветюкев М.М. Электролиз расплавленных солей. М., Металлургия, 1966, с.«tlO-iill.

2. Ревазян А.А. Потери фтора в виде возгонов фтористых солей. Бюллетень Цветная металлургия, 1968, № 28, с.38.