Способ определения выхода по току при получении алюминия в электролизере Советский патент 1982 года по МПК C25C3/06 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫХОДА ПО ТОКУ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ АЛЮМИНИЯ В ЭЛЕКТРОЛИЗЕРЕ

. Изобретение относится к металлургии алюминия и может быть использова но для контроля технологических пара метров процесса электролиза алюминия Известно, что итоговым результатом обратного взаимодействия электродных продуктов (который и служит причиной отклонения выхода по току от теоретического значения) алюминиевого электролизера является реакция: 2А1 + ЗС02, . Согласно этой реакции потери кислорода, входящего в состав С02, составляют 1,5 г-моль и пропорциональны потере металла. Поэтому по соотношению практических количеств кислорода (входящего в состав С02 и СО) к теоретическому, рассчитанному по закону Фарадея, можно определить выход по. току. В идеальных случаях, когда нет других источников образования окиси углерода, определение потерь кислорода, а следовательно, и выхода по току, сводится к определению состава анодных газов. Но так как в реальных условиях электролиза окись углерода одновременно образуется и за счёт вторичной реакции СО,,, то для определения выхода по току необходимо знать и состав, и количество анодных , газов-. Известна устройство для контроля выхода по току по концентрации со. Г1. Однако определение выхода по току только по составу газа не может дать точных результатов из-за невозможности определения потерь кислорода, вызванных обратным взаимодействием электродных продуктов. -Известен способ определения выхода по току по составу и количеству анодных газов Г23. Этот способ не находит применения в промышленных условиях электролиза из-за практически непреодолимых трудностей определения всего количества анодных газов без потери и без подсоса воздуха. Примерный расчет показывает, что в алюминиевых электролизерах средней мощности за час выделяется примерно 20-25 нм анодных газов, что при температурных условиях электролиза,займет объем порядка до I25.M . Для отбора такого количества газа нужно иметь целый комплекс газосборных емкостей, что практически невозможно. Наиболее близким к предлагаемому является способ контроля процесса электролитического получения алюминия, включающий измерение концентрации COj и СО в анодном газе под газо .сборным- колоколом, дополнительное измерение концентрации азота и водоpo a и подачу 0,5-15 азота от общего расхода анодного газа под газосборный колокол, по степени разбавления азотом определяют производительность электролизера и выхода по току З. Недостатком известного сг1особа яв ляется то, что он приемлем только в условиях наличия пиролитического водорода, т.е. водорода, выделяемого при термическом разложении углеводородов, возникших при коксовании анод ной массы. Как известно, в анодных газах электролизеров, оборудованных обожженными анодами, а также электро лизерах средней ющнocти с самообжигающимися анодами с боковым токоподводом отсутствует пиролитический водород. Установлено, что при проведении замеров в строгих герметических усло виях количество остаточного газа (азота в анодных газах) можно довест до 0-0, при отсутствии же герме- тйчных условий количество остаточног газа (азота) доходит до вследст вие подсоса воздуха. Таким образом, кислород, входящий в состав воздуха, реагируя с анодными газами, изменяет их состав и вносит искажение величин выхода по току, определенной по известной формуле расчета. Цель изобретения - повышение точности определения выхода по току при отсутствии пиролитического водорода в анодных газах. Поставленная цель достигается тем что согласно способу, включающему по дачу азота в электролизер, определение состава и количества компонентов в смеси анодного газа и азота, подачу азота производят в подэлектролитную корку, отбирают пробу смеси газов с противоположной стороны, а расчет выхода по току производят по формуле ., , n..,b,, с г постоянная величина, равная +780; скорость подачи азота сила тока. А; а.Ь,с - долевое содержание СОСО и N в смеси газов. Способ осуществляют следующим образом. Анодный газ, выход которого в течение опыта осуществляется с одной точки - в герметичных условиях, когда процентное содержание остаточного газа не превышает 0,5% разбавляют небольшим количеством азота (для алюминиевых электролизеров средней мощности порядка 2 нм /ч, что примерно составляет 10 общего количества смеси газов) путем непрерывной (порядка мин) подачи его под корку электролита с противоположной .стороны и определения состава смеси газов (CO-i, СО и N2.). Пусть состав смеси газов в долях единицы для СО/2., СО и N. соответствен но 01 , to, с. Скорость подвода азота (в нмУч и нл/ч) под корку электролита Л/|. Суммарное количество углекиси окиси углерода, полученлого газа ного за единицу времени, 4-со довательно, если доле азота, равной с, соответствует количество газа, то сумме (а+Ь) будет соответствовать и., ..количество анодного газа. Из uj. AJ ЭТОГО соотношения получаем формулу для определения суммарного количества анодных газов / / I СОо+Со NQ с Если в смеси анодных газов и азота количества СО и СО соответственно равняются d и Ъ , то в чистом анодном газе количество углекислого газа и окиси углерода в долях единицы составит (C0,j,) и 0 (СО). Зная суммарное количество анодных газов СОа+СО зная его состав, можно определить количество углекислого гаокиси углерода Ь с .практическое количество кислорода (4) входящего в состав СО и СО окажется равным V« V, VNi / Ь. Ч Теоретическое количество кислоро да, выделившегося за единицу времени, согласно закону Фарадея определяется по формуле lt.6, 02. 26Г8ГООО Выход по току в долях единицы оп ределяется из соотношения it 1 . 6.,15аО«.,,|, .т26,81000 ., Принимая К, получим и- к Таким образом, расчет выхода по току по полученной формуле сводится к определению состава смеси газов (выходящих из под корки электролита к подаче азота с небольшой, определенной и постоянной скоростью и к фиксации силы электролизующего тока Пример . Газообразный азот подают в течение 10 мин со скорость равной 2 нм /ч. Сила тока элек тролиза равна 72000 А. Анализатором определяют состав газа: , Ь 0,35 и ,11. Представляя соответ ствующие значения в формулу определения выхода-по току, получаем. .. 26,8-1000-2 /- . 0.35л « о/; 5:б-72000-о:ТТ °54- -| 5)0,86. Формула изобретения Способ определения выхода по току. при получении алюминия в электролизере, включающий подачу азота в электролизер, определение состава и количества компонентов в смеси анодного газа и азота, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности определения выхода по току при отсутствии пиролитического водорода в анодных газах, подачу азота производят в подэлектролитную корку, отбирают пробу смеси газов с проти- воположной стороны, а расчет выхода по току производят по формуле. с(-|. ,.f--где К - постоянная величина, равная 780; - скорость подачи азота, I - сила тока. А; 0(,Ь,С - долевое содержание СО,., СО и NI в смеси газов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № , кл. С 25 С 3/20, 1968. 2.-Цветные металлы, 1963, № 3 с. 36. 3. Авторское свидетельство СССР № , кл. С 25 С 3/20, 1372.