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

Изобретение относится к электро литическому получению металлов элект ролизс 1 расплавов, в частности к производству алюминия и может найти применение для контроля технологических параметров процесса электролиза алюминия.

Известен расчетный метод оценки величины удельных.потерь фтора, согласно которому одним из источников фтористого водорода является гидролиз фтористых солей. .2/3(nNaF -ACFa ) -HL O l/3Ae2.O..+2HF .-b2/3.nNaF.

Если глинозем , вводикый в электролит, содержит 0,1 % влаги, то согласно составу равновесной газовой смеси для криолита - 10,2% (объемн.) HF, 89,2% (объемн.) Н2Р - потери : фтористого алюминия (на тонну металла) составляют 0,34 кг, что в пересчете на фтор ( в виде HF) составляет 0,23 кг/т.

Кроме глинозема, источником поступления влаги в электролит служит водород и метан, образующиеся при коксовании анодной массы. В частности, пары воды, полученные по реакции Н.+ со + СО, разлагают фтористый алюминий и приводят к потерям фтора (в виде HF) равнЕлм 13 кг на тонну металла. В эту величину потерь фтора входят и лотери, обусловленные реакцией влаги, поступившея в ванны вследствие под- coca воздуха под электролита с фторсолями V Суьмируя эти данные, полученные расчетным путем, определяют величину удельных потерь фтора (Р).

,23 кг+13 ,23 кг/т Ав flJ.

Такой способ оценки удельных потерь фтора в виде HF не дает возможности раздельно определить потери, вызванные реакцией пирогенической влаги и влаги псщсасываемого воздуха с фторсолями.

Наиболее близким по технической сутности и достигаемому результату к предлагаемому является способ определения удельных потерь фтора, согласно которому величина удельных потерь фтора слагается из потерь фтора (в виде HP) в газах организованного отсоса - 15,7 кг/т Af и из потерь фтора в газах, удаляемых через фонарь - 1,44 кг/т AR. В среднем на тойну алюминия расходуется 17,14 кг фтора (в виде HF). Эту величину рассчитывают на основании концентрации фтористого водорода в газах, отсас.ываемых из электролизного цеха. При этом учитывается также концентрация фтористого водорода в газах/ удаляемых через фонарь электролизного , а также количество отсасываемых газов f2j. Недостатком известного технического решения является то, что,опреде ляя общие потери, невозможно определить величины отдельных составляющих, вызванных реакцией влаги исходного сырья, пирогенической влаги и влаги воздухау подсасываемого под корку электролита с фторсолями. Кроме того, определенные указанньюл спо собом общие потери фтора не соответ ствуют реальным потерям. Сказанное объясняется тем, что часть потерь фтора не поддается учету ввиду того что отсос электролизных газов осу ществляется не в герметичнь-х услови ях. Примерный расчет показывает, что объемная скорость выделения ано ных газов для ванн средней мощности равна л16,74 м/ч. При существующей .вентиляционной системе на том же ал миниевом заводе из-под перекрытия одной ванны отсасывается 7000 м /ч, газопылевоздушной смеси, что в 418 раз (7000:16,74) превышает , общее количество анодных газов. Таким образом, при определении концентрации фтористого водорода по из ,вестному способу в таком разбавленHOMnfE 418 раз газе неизбежны ошибки, а это приводит к совершенно искаженным и к тому же усредненным значениям удельных потерь фтора. Определение таких ориентировочных, усредненных значений удельных потерь фтор не позволяет установить его связь с другими технологическими параметрами алюминиевого электролизера, не позволяет судить о работе каждого отдельного электро лизера в электролизном цехе. Цель изобретения - повыщение точ ности контроля предыдущего передела Поставленная цель достигается те что Способ определения потерь фтора при электролизе алюминия, включающем отбор пробы газа и определен в ней концентрации фтора, пробу.газ отвиралот в герметичньсх условиях, дополнительно определяют в ней концентрацию COj, а расчет удельных по терь фтора производят по уравнению Р - К .. 1+а где Р - удельные потери фтора в виде HF, кг/т Аб; С - концентрация фтора в виде HF в пробе анодного газа, кг/нм ; а - концентрация СО в анодном газе в долях единиц; К - постоянная величина, равная 1,235--10. Предлагаекый способ определения потерь фтора в.виде HF позволяет определить потери фтора вызванных реакцией пирогенической влаги (т.е. влаги, образованной вследствие реакции водорода с анодными газами) с фторсолями Н 4+С02.+ 2 / 3 (nNaF Аб F,,) 1 / ЗА f.,0 + +2/3nNaF+CO. Как показали исследования, источником доступа водорода в зону электролиза является крекинг углеводородов, образованных при коксовании анодной массы. Кроме указанных потерь, в общие потери фтора входят также потери вызванные реакцией влаги исходного сырья и влаги воздуха подсасываемого под корку электролита с фторсолями. Допустим, что концентрация фтора в виде HF (в кг/им) в Q количестве отобранного в герметичных условиях. анодного газа равняется С, тогда, зная объемную скорость (нм /ч) выделения анодных газов (Q), получим часовое количество потерь фтора ДР CQ. Согласно закону Фарадея, при выходе по току, равнс 1 , часовая производительность алюминиевого электролизера (в тоннах) будет равняться. При часовой производительности алюминиевого электролизера, равной т, теряется ЛР количество фтора, при получении же одной тонны металла, будет теряться Р количество фтора: ,. Р - 10 C.Q m 0,336 1-1 Согласно этой формуле для определения величины Р необходимо определить также значение Q. При силе тока I, концентрации СОл и СО (в долях единицы) а и в соот- . ветственно и выходе по току | опре- . делим часовое количество анодных газов. С этой целью сначала определим теоретическое часовое количество кислорода по формуле, вытекающей из закона Фарадея: 01 26,8-1000 Вследствие обратной реакции электродных продуктов 2RK+ ЗСО Ае,0,,+ ЗСО. За один час теряется металла, ,кг Дт 0,33610 1() . Согласно этой реакции потери кисло рода, связанного в СО2, составляют лС Н 0ЗЗб.10-(1.,). Практическое же количество кислоро да Vp ,входящего в состав конечно анодного газа, будет равняться v у - Ot Уог Подставляя соответствующие значени получим у 5,6 ..-3 1.5-22,4 0,33 г-26,8 2-27 740 (1 -К) . После соответствующих преобразован получим Vo 0,2074-1СГ. Г) I. Одному кубическому метру анодного , Ь. газа соответствует (а + 5 кисл и рода, а Vo количеству кислорода бу соответствовс ть Q количество анодного газа п- 1:1 . Q 0,415-10 Подставляя полученное значение в формулу для удельного расхода фтора, получим Р 1,235 принимая 1,235-10 К, получим Т Р - удельные потери фтора в в HF, кг/т а - концентрация СО. в анодном газе в долях единицы; концентрация фтора в виде HF, в пробе анодного газа кг/нм; постоянная величина, равн 1,235 Ю . Таким образом, для расчета удел ных потерь фтора необходимо определить концентрацию фтора (С) в виде HF и концентрацию COj (а) в пробах- анодного газа, отобранных непосредственно на промышленном злектролизере при работе его с одним огоньком, т.е. в герметичных условиях при отсутствии доступа воздуха в электролизер. При этом а + Ь 1. П р.и м е Р . Пробы газов отбирают из одного и того же электролизера в течение 30 мин. Отбирают 3 пробы анодных газов при работе электролизера в герметичных условиях, т.е. при работе его одним огоньком. Пробы газа отбирают аспирациомным методом. С целью исключения возможных искажений напорную жидкость аспиратора и его стеклянные стенки заранее насыщают фтористые водородом. В каждой отобранной пробе определяют концентрации СО(а) |и фтора в виде НЕ (с). Полученные данные сведены в таблицу. Представляя соответствующие зна чения в, указанную формулу для удельных потерь фтора в виде HF получаем p35. 5,932 кг/т де. Такое количество фтора теряется вследствие реакции H4+COi+2/3 (nNaF A€F, ) 1/3A«40,+ .+2/3nNaF+CO. , Использование изобретения позволяет точно определить величину удельных потерь фтора в виде фтористого водорода, вызванного реакцией пирогенической влаги с фторсолями. Это дает возможность связать определяемый параметр с другими технологическими параметрами проце :са электролиза и вести процесс при наиболее оптимальном технологическом режиме с высоким выходом по току металла. Таким образом, предлагаемый способ позволяет сэкономить значительные средства, связанные с уменьшением потерь фтористых олей (годовая экономия фтора в виде составляе 435 т на 100000 т АЕ).

Формула изобретения

Способ определения потерь фтора при электролизе алюминия, включающий отбор пробы газа и определения

в ней концентрации фтора, отличающийся тем, что, с целы повышения точности контроля предыдущего передела, пробу газа отбирают в герметичных условиях и дополнительно определяют в ней концентрацию СОд,, а расчет потерь фтора от взаимодействия с пирогенической влагой Ьроизводят по уравнению

;

где Р - удельные потери фтора в.

виде HF, кг/т АС; С - концентрация фтора в виде HF в пробе анодного газа,

КГ/HM f

а - концентрация COj в пробе анодного газа в долях единицы;

К - постоянная величина, равная 1,235-10.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Баймаков Ю.В. и др. Электролиз расплавленных солей. М., Металлургия, 1966, с.481.