способ предотвращения анодного эффекта и удаления угольной пены из межполюсного зазора алюминиевого электролизера

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ АНОДНОГО ЭФФЕКТА И УДАЛЕНИЯ УГОЛЬНОЙ ПЕНЫ ИЗ МЕЖПОЛЮСНОГО ЗАЗОРА АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА, включающий периодическую подачу сжатого воздуха по сквозным вертикальным каналам в самообжигающемся аноде при установившемся электролизе, отличающийся тем, что подачу воздуха в межполюсный зазор осуществляют импульсами одновременно не менее чем в два канала независимо от напряжения на электролизере и концентрации оксида алюминия в электролите в промежутках между циклами подачи глинозема в электролит и циклами регулирования межполюсного зазора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что время цикла подачи сжатого воздуха находится в пределах 1 - 3 с.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электролизу криолито-глиноземных расплавов на углесодержащем аноде.

Наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату являются способ и устройство для производства алюминия, согласно которым к нижней границе анода подводят газ через вертикальное отверстие в аноде, подачу газа выполняют периодически при нормальной работе электролизера, когда концентрация оксида алюминия в электролите выше критической [1]

Недостатком известного способа является необходимость постоянного определения концентрации оксида алюминия в электролите и сравнения с заданным критическим значением концентрации. Это усложняет устройство для реализации способа, требуется увязка его со способом и устройством питания ванны глиноземом.

Подача газа в трубу при нормальной работе электролизера согласно известному способу также усложняет реализацию способа и устройства, ограничивает их возможности, поскольку необходимо определять критерии и границы нормальной работы электролизера.

Подача газа через одно отверстие в аноде не обеспечивает эффективного удаления угольной пены из межполюсного зазора и ее окисление.

Все это не позволяет увеличить производительность электролизера, снизить частоту анодных эффектов, выбросы вредных веществ в атмосферу и трудозатрат за счет стабилизации технологического хода электролизера.

Целью изобретения является повышение производительности электролизера, снижение частоты анодных эффектов, выбросов вредных веществ в атмосферу и трудозатрат.

Цель достигается тем, что подачу сжатого воздуха или другого газа в межполюсный зазор (МПЗ) алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом осуществляют импульсами одновременно не менее чем в два канала независимо от напряжения на электролизере и концентрации оксида алюминия в электролите в промежутках между циклами подачи глинозема в электролит и циклами регулирования межполюсного зазора. Время цикла подачи сжатого воздуха или газа находится в пределах 1-3 с.

Импульсная подача сжатого газа одновременно в два канала под анод вызывает горизонтальные волны в верхних слоях электролита в направлении от центральной зоны МПЗ, где расположены нижние концы каналов, к периферии. При этом происходит флотация угольных частиц пузырьками газа к кромке анода за пределы МПЗ.

Периодическая подача сжатого газа в МПЗ независимо от напряжения на электролизере обеспечивает удаление небольших порций угольных частиц, образующихся в процессе электролиза, из МПЗ; их окисление на поверхности электролита кислородом подаваемого воздуха в пространстве борт-анод.

Подача сжатого газа независимо от концентрации оксида алюминия в электролите и в промежутках между циклами подачи глинозема в электролит обеспечивает за счет возрастания в 3-4 раза скорости циркуляции электролита при подаче сжатого газа улучшение условий тепломассообмена и повышение концентрации оксида алюминия в МПЗ. Это, наряду с удалением угольных частиц из зоны электролита, приводит к снижению температуры электролита, градиента концентрации оксида алюминия в нем и падения напряжения. Предотвращается возникновение анодного эффекта до следующего цикла принудительной подачи глинозема в расплав тем или иным способом. В результате повышается производительность электролизера, снижается расход электроэнергии, трудозатрат.

Подача сжатого газа в МПЗ в промежутках между циклами регулирования средствами АСУТП обеспечивает измерение истинного значения электрического сопротивления МПЗ без влияния угольных частиц и газовых пузырьков подаваемого сжатого газа. Это повышает точность и стабильность поддержания заданного значения МПЗ. Тем самым повышается производительность электролизера.

Устранение угольной пены и дожиг ее кислородом воздуха снижает частоту качественной обработки электролизера, включающей раскрытие криолито-глиноземной корки и снятие угольной пены. Тем самым снижается количество выбросов вредных газообразных веществ продуктов электролиза в атмосферу корпуса, затраты физического труда.

Время цикла подачи сжатого газа 1-3 с обусловлено соотношением количества образующихся угольных частиц в единицу времени, требуемого объема кислорода воздуха и общего объема подаваемого газа для удаления и дожига угля МПЗ. При большей длительности цикла подачи газа сокращается время эффективного электролиза, возрастает газосодержание в электролите МПЗ, расход сжатого газа. При меньшей длительности цикла не обеспечивается эффективного удаления и дожига угольных частиц.

На чертеже дана схема устройства для реализации предлагаемого способа, продольный разрез.

Устройство содержит два вертикальных канала 1, выполненных посредством запекания стальных труб Ду 50 или формированием труб из глинозема в самообжигающемся аноде 2 алюминиевого электролизера. Каналы 1 расположены в плане анода, условно делят анод 2 и МПЗ по длине на три участка центральный В и торцовые А-С. Нижние концы каналов 1 находятся в расплаве электролита 3, расположенном над уровнем катодного металла 4 в катоде 5. Сжатый газ подводят к каналам 1 через редуктор 6 посредством электромагнитных клапанов 7, подключенных к средствам АСУТП (не показано) через реле времени.

Способ реализуют следующим образом.

На алюминиевом электролизере с самообжигающимся анодом при установившемся электролизе независимо от величины напряжения на электролизере и концентрации оксида алюминия в электролите, посредством АСУТП через реле времени включают одновременно клапаны 7 в импульсном режиме и подают импульсы сжатого газа длительностью 1-3 с по каналам 1 под анод 2 в МПЗ в промежутках между циклами подачи глинозема в расплав и циклами автоматического регулирования МПЗ. Импульсы сжатого газа вызывают горизонтальные волны электролита (показано стрелками на чертеже), движущиеся в направлении от осей МПЗ к его периферии в зонах А, С. Горизонтальные волны в зоне В движутся сначала навстречу друг другу и далее к продольным кромкам анода.

При этом пузырьками газа угольные частицы флотируются из МПЗ на периферию с последующим их окислением. Улучшается циркуляция электролита, тепломассообмен.

П р и м е р. На 12-ти электролизерах типа С-8Б опытной группы выполняют монтаж устройства реализации способа, выбирают группу из 6 электролизеров свидетелей типа С-8Б и ведут электролиз. Подачу глинозема осуществляют 12-кратной обработкой в сутки через два часа напольно-рельсовой машиной типа МНР-2. Регулирование МПЗ ведут посредством АСУТП типа Алюминий-3А в середине периода между циклами подачи глинозема в электролизеры.

На шести электролизерах свидетелях гашение анодных эффектов производят деревянной рейкой (базовый способ).

На первых шести опытных электролизерах осуществляют известный способ предотвращения анодных эффектов подачей сжатого воздуха непрерывно в ламинарном режиме через один канал в аноде непосредственно перед обработкой МНР-2, когда концентрация оксида алюминия близка к критической (прототип).

На последних шести опытных электролизерах реализуют импульсную подачу сжатого воздуха одновременно по двум каналам (запеченным в анод трубам Ду 50) независимо от величины напряжения на электролизере и концентрации оксида алюминия в электролите в промежутках между циклами подачи глинозема в расплав и циклами регулирования МПЗ, а именно через 0,5 ч после обработки МНР-2, за 0,5 ч перед циклом регулирования МПЗ (по предлагаемому способу). Частота пульсации сжатого воздуха 4 Гц, номинальное давление 1,1х10^-5 Н/м². Время пульсации цикла по предлагаемому способу 1-3 с. Осредненные технико-экономические показатели электролиза в течении 60 сут по всем трем способам отражены в таблице.

Как следует из полученных результатов, частота возникновения анодных эффектов по предлагаемому способу примерно в 2 раза ниже, съем угольной пены примерно на 27 кг/тАl ниже, чем по прототипу.

Как следствие производительность электролизеров по предлагаемому способу возрастает примерно на 13 кг Al/сут, а частота качественных обработок снизилась примерно в 1,3 раза. Это эквивалентно снижению выбросов фтористого водорода на 4-5 кг/тAl, трудозатрат примерно на 20%

Таким образом предлагаемый способ снижает частоту анодных эффектов, выбросы вредных веществ, трудозатраты, повышает производительность электролизера.