способ питания алюминиевых электролизеров

Формула изобретения

Способ питания алюминиевых электролизеров глиноземом и фторидом алюминия, включающий предварительное получение смеси глинозема с фторидом алюминия и ввод этой смеси через технологическое отверстие в корке электролизера, отличающийся тем, что смесь готовят в соотношении фторид алюминия к глинозему от 1:125 до 1:150 в бункере системы автоматического питания глиноземом каждого электролизера, причем масса разовой дозы смеси, загружаемой из бункера в электролизер, составляет от 0,03 до 0,07 общего расхода глинозема.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии легких металлов, а именно к получению алюминия электролизом криолит-глиноземных расплавов из собранных в серию электролизерах, каждый из которых снабжен системой автоматической подачи глинозема (АПГ).

В промышленных условиях питание электролизеров глиноземом осуществляют, транспортируя глинозем из силосов к электролизеру (один силос на 30-50 электролизеров) и выгружая его либо на корку (замерзший электролит на поверхности расплава), либо в бункера системы АПГ, и далее подавая его в расплав через выполненные в корке технологические отверстия. Способ с применением АПГ считается более перспективным, так как позволяет, загружая глинозем из бункеров в расплав малыми порциями, поддерживать его постоянную концентрацию в электролите. Кроме глинозема для стабилизации состава расплава и условий электролиза в электролизеры осуществляют периодическую загрузку других компонентов электролита, в частности фторида алюминия.

В патенте РФ №2121529, 1998.11.10, С25С 3/14 при питании электролизеров глиноземом отверстия в корке поддерживают незарастающими посредством циклической работы пробойником, при этом создаются условия для истечения материала в расплав электролита. Недостаток способа заключается в необходимости использования двух дозаторов, отдельно для глинозема и корректирующих добавок, что не позволяет стабилизировать работу электролизеров по криолитовому отношению и температурному режиму.

При использовании системы АПГ глинозем на корку не подается и смешение с ним фторида алюминия на корке становится невозможным. В этом случае подачу фторида алюминия производят непосредственно в электролизеры либо в количестве суточной дозы, либо небольшими порциями через дозаторы автоматической подачи фторида (АПФ), осуществляя индивидуальную регулировку состава каждого электролизера (В.Х.Манн и др. Цветные металлы, №14, 2000, с.95-101). Такой способ подачи ведет к возрастанию потерь фторида алюминия.

В качестве прототипа по технической сущности и достигаемому результату принят способ, приведенный в описании к А.С. 712462, С25С 3/06 от 04.04.78, согласно которому глинозем и фторид алюминия перемешивают в межкорпусных силосах, причем отношение фторида алюминия к глинозему составляет от 1:100 до 1:67. Далее полученную шихту можно подавать на электролизеры описанными выше способами. При таком способе приготовления шихты, очевидно, происходит усреднение количества фторида алюминия, подаваемого на электролизер, что не позволяет осуществлять индивидуальную регулировку состава каждого электролизера. Как показывает опыт, для индивидуальной регулировки на не менее чем 30% электролизеров после загрузки шихты, полученной по А.С. 712462, необходима последующая нейтрализация избыточно введенного фторида алюминия содой либо вторичным криолитом.

Техническим результатом изобретения является поддержание постоянных значений криолитового отношения (К.О.) и температуры электролита при питании электролизеров системой АПГ. Технический результат достигается за счет того, что в способе питания алюминиевых электролизеров глиноземом и фторидом алюминия, включающем предварительное получение смеси глинозема с фторидом алюминия и ввод этой смеси через технологическое отверстие в корке электролизера, смесь готовят в соотношении глинозема с фторидом алюминия от 1:125 до 1:150 в бункерах системы автоматического питания глиноземом каждого электролизера, причем масса разовой дозы шихты, загружаемой из бункера в электролизер, составляет от 0,03 до 0,07 общего расхода глинозема.

В случае одновременной и непрерывной подачи тщательно перемешанной смеси фторида алюминия и глинозема в электролизер относительно небольшими порциями в макрообъеме криолит-глиноземного расплава при соотношении глинозема с фторидом алюминия от 1:125 до 1:150 в бункерах системы автоматического питания глиноземом каждого электролизера, причем масса разовой дозы шихты, загружаемой из бункера в электролизер, составляет от 0,03 до 0,07 общего расхода глинозема, создаются благоприятные условия для поддержания постоянного и заданного значения К.О.; температура электролита и перегрев его поддерживаются в стабильном режиме, при этом масса и толщина гарнисажа остаются также постоянными. В конечном итоге процесс электролиза протекает при заданном и постоянном К.О. и стационарном температурном режиме, что способствует повышению технико-экономических показателей процесса электролиза (увеличение выхода по току, снижение расхода электроэнергии и фторида алюминия). Кроме того, появляется возможность индивидуальной регулировки состава шихты для каждого электролизера, при этом фторид алюминия поступает в электролизер в смеси с глиноземом, который препятствует потерям фтора. Индивидуальная регулировка шихты позволяет практически исключить ввод избыточного фторида алюминия. Это дает возможность снизить расход фторида алюминия на тонну произведенного алюминия. Ожидается дополнительный эффект - сокращение поступления фторида алюминия в атмосферу производственного корпуса.

Выбор параметров обусловлен следующим отношением AlF₃ к Al₂О₃ менее 1:150, способствует образованию электролита с К.О. более 2,7, что снижает его технологические свойства (относительно высокая температура электролита, повышение вероятности разряда на катоде ионов натрия, понижение выхода по току). В случае подачи в электролизер шихты состава AlF₃ к Al₂ O₃ более 1:125 образуется кислый электролит с К.О. ниже 2,2, что сопровождается высокими потерями фторида алюминия в процессе электролиза, стабилизация процесса электролиза усложняется.

Подача порции исходной шихты в электролит более 0,07 кг приводит к замедленному растворению дозы AlF ₃ к Al₂O₃ в электролите и способствует неравномерному распределению фторида в ванне электролизера и нарушает температурный режим. Разовая подача шихты менее 0,03 кг в электролизер усложняет работу дозирующей системы вследствие частого срабатывания ее элементов и увеличивает пыление.

Способ осуществляется следующим образом. Проводим электролиз алюминия из криолит-глиноземного расплава, который содержал смесь, %: 9-12,5 AlF₃, 5,0 CaF ₂, 3,0 MgF, 3-5 Al₂O ₃, остальные NaF. Температура электролиза 955-970°C.

Пример. Лабораторная установка состояла из шахтной печи, стального реактора, графитового стакана, который служил катодом, в качестве анода использовали графитовый стержень. Масса электролита около 1000 г. Температура электролиза около 957°C. Сила тока 10 А. После разогрева электролита до 957°C подавали постоянный ток и осуществляли электролиз. Во время проведения опыта периодически осуществляли загрузку шихты, состоящей из тщательно перемешанных фторидов алюминия и глинозема в весовом соотношении от 1:125 до 1:150. Периодически от расплава отбирали пробы на определение К.О. и постоянно измеряли температуру электролита. Полученные результаты приведены в таблице 1.

Полученные данные свидетельствуют о техническом эффекте предлагаемого способа. Загрузка в электролит тщательно перемешанной смеси AlF₃-Al ₂О₃ заданными дозами позволяет с достаточно высокой точностью поддерживать К.О. в электролите и температурный режим электролиза, что в конечном итоге повысит выход по току и срок службы электролизера и снизит потери AlF ₃.