Способ электролитического получения алюминия

 

Изобретение относится к металлургии цветных металлов и может быть использовано при производстве алюминия электролитическим способом в алюминиевых электролизерах с обожженными анодами. Цель изобретения - повышение производительности электролизера за счет стабилизации теплового режима. В электролизере поддерживают уровень металла в соответствии с зависимостью H=0,4-(0,010-0,14)L, а отношение уровня электролита к уровню катодного металла H/H=0,3+(0,030-0,045)L, где H - уровень металла, м

L - длина шахты электролизера, м

H - уровень электролита, м. Способ обеспечивает перераспределение тепловых потерь и повышает технико-экономические показатели процесса. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

232 А1 (19) (11) (51)5 С 25 С 3/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ с !

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4419420/31-02 (22) 04.05.88 (46) 15.07.90. Бюл. № 26 (71) Красноярский политехническии институт (72) Г.А.Потылицын (53) 669.713.72(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ l186703 кл. С 25 С 3/06, 1983.

Производство алюминия. Справочник.

М.: Металлургия, 1971, с. 127-137. (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКО ГО ПОЛУЧЕНИЯ АЛИМИНИЯ (57) Изобретение относится к металлургии цветных металлов и может быть использовано при производстве алюмиИзобретение относится к металлургии цветных металлов и может быть использовано при производстве алюминия электролитическим способом в алюминиевых электролизерах с обожженными анодами.

Цель изобретения — повышение производительности электролизера за счет стабилизации теплового режима.

В способе электролитического получения алюминия, включающем электролиз криолитоглиноземного расплава, процесс электролиза на электролизерах с обожженными анодами ведут . при уровнях металла, который опреде-. ляют в соответствии с выражением

Н = 0,4 — (0,010-0,014) L где Н— уровень металла, м; L — длина шахты ванны, м,, а для снижения тепловых

2 ния электролитическим способом в алюминиевых электролизерах с обожженными анодами. Цель изобретения — повышение производительности электролизера за счет стабилизации теплового режима.

В электролизере поддерживают уровень металла в соответствии с,зависимостью

Н = 0,4-(0,010-0,014) L а отношение уровня электролита к уровню катодного металла h/Н = 0,3 + (0,03-0,045) L, где Н вЂ” уровень металла, м; L — - длина шахты электролизера, м; h — - уровень электролита, м. Способ обеспечивает перераспределение тепловых потерь и повышает технико-экономические показатели процесса. 1 з.п.ф-лы, 2 табл. потерь отношение уровня электролита к уровню металла поддерживают в соответствии с уравнением h/Í = 0,3 +

+ (О 030 О 045) L, где h — уровень, электролита, м.

Уровень алюминия в шахте ванны зависит от типа и мощности электролизера, его энергетического режима работы. На электролизерах с непрерывным самообжигающимся анодом и верхним подводом тока тепловые потери анодным узлом составляют 48,47, катодным — 51 6Å. При этом известно, что с увеличением единичной мощности электролизера доля тепловых потерь катодным узлом возрастает, В то же время на электролирезарх с обожжсннн1ми анодами той же мощности тепловые потери анодным и катодным узлами ра 1578232 ны соответственно 66,3 и 37,7Х. Доля тепловых потерь анодным узлом тем больше, чем вьппе единичная мощность электролизера. В значительной степе3 ни на перераспределение тепловых потерь влияет частота вскрытия поверхности глиноземной засыпки при замене израсходованных анодов на новые. Пе.рераспределение тепловых потерь при 10 одних и тех же уровнях. металла и электролита в шахте ванны приводит к нестабильности энергетического режима работы электролизера, повышенной частоте анодных эффектов, увеличению

:расхода электроэнергии. Снижение интенсивности теплообмена между расплавом шахты ванны и окружающей средой за счет уменьшения уровня металла (теплопроводность алкминия в го

200 раз больше теплопроводности электролита) с одновременным увеличением уровня электролита (теплоемкость электролита больше теплоемкости алюминия на 17Е) позволяет стабилизиро- 25 вать энергетический режим работы сверхмощных электролизеров и тем самьц обеспечить высокую их производительность по выпуску алюминия.

-Пример. В шахту ванны электролизера загружают фтористые соли и заливают 4-6 т жидкого алюминия с таким расчетом, чтобы слой его на подине был не менее 4-5 см. Аноды и .периферию шахты ванны засыпают сырьем. Толщина засыпки на анодах составляет 6-10 см. Электролизер подключа- ют к действующей серии через шунтирующее устройство. Обжиг подины ведут в течение 48 ч. Пуск ведут на анод- 40 ном эффекте 30-35 B. Признаком нормального пуска является регулярность появления анодных эффектов. Напряжение на электродах снижают за 6 сут до рабочего напряжения 4,1-4,3 В. В течение этого времени повьппают уровень металла в шахте ванны за счет подплавления твердого алюминия. Электролизеры с обожженными анодами на силу тока 160; 175 и 255 кА испытывают при уровнях металла. 17; 20; 28 и 38 см и при уровнях электролита 13, 17, 20 и 24 см. В процессе испытаний элект1 ролизеров определяют среднее напря.— жение, температуру электролита, частоту анодных эффектов, криолитовое отношение, выход по току, выход по энергии и расход технологической электроэнергии постоянного тока. Полученпые результаты обрабатывают методом наименьших квадратов в виде линейных зависимостей. Технико-экономические показатели работы электролизеров с обожженными анодами представлены в табл. 1 и 2.

Как видно из данных табл. 1, уро" вень металла в шахте ванны влияет на технико-экономические показатели работы электролизера, причем лучшие технико-экономические показатели имеют место при уровнях металла, определяемых из соотношения Н =-0,4— (0,010-0,014) Ь. В данном соотношении угловой коэффициент, равный

0,01, соответствует начальному периоду эксплуатации электролизера. При угловом .коэффициенте менее 0,01 увеличивается уровень металла, возрастают тепловые потери электролизером и снижаются его технико-экономические показатели. Угловой коэффициент, равный 0,014, соответствует тому периоду эксплуатации электролизера, когда имеет место уменьшение теплового сопротивления цоколя катодного кожуха за счет увеличения теплопроводности теплоизоляционных материалов. Телпопроводность теплоизоляционных материалов возрастает вследствие пропитки их фтористыми солями и алюминием. При угловом коэффициенте более 0,014 уровень алюминия в шахте ванны имеет нестабильное состояние, с увеличивается его перекос и циркуляция, ухудшаются технико-экономические показатели работы электролизеров.

Данные табл. 2 показывают, что с увеличением единичной мощности электролизера отношение уровня электролита к уровню металла возрастает прямо пропорционально длине шахты ванны, при этом наилучшие технико-экономичес" кие показатели получают при отношении уровня электролита к уровню металла, определяемому из выражения

Ь/Н = 0,3 + (0,030-0,045) Ь. Угловой коэффициент, равный 0,030-0,045, соответствует критическому .уровню электролита 15,7-22,4 см. При отклонении уровня электролита от его критического уровня нарушаются условия тепломассопереноса и снижаются технико-экономические показатели электролизеров. ! 1

Таким образом, способ электролитического получения алюминия, в котором процесс электролиза криолитогли5 15782 ноземного расплава ведут при уровне металла и отношении уровня электролита к уровню металла, определяемом по предложенным зависимостям позвоУ

5 ляет обеспечить стабилизацию теплового режима работы электролизера с обожженными анодами и получить увеличение их производительности.

Формула изобретения

1. Способ электролитического получения алюминия, включающий электролиз криолитглиноземного расплава в электролизерах с обожженными анодами, Та блица 1

Показатель

Базовый объект (прототип) Предлагаемый способ

Н вЂ” 0,4

Значение

Е (-О, 007 -О, 010 -0,014 -О, 015

4,52

4,48

4,25

4,23

4,50

961,9

961,8

967,3

963,8

965,0

4 50

83,2

0,80

82,8

2,40

87,6

3,65

84,6

1,20

85,2

2,74

2,73

2,74

2,74

2,73

68,2

61,2

63,1

69,1

61,8

16,18

16,18

14,70

14,48

15,84

Та блица 2

Наименование

Баэовьп» объект (протот

Предлагаемый способ

Значение (— - 0 3) °вЂ”

h 1

Н Ь

0,030 0,045 0,055

0,020

4,32 . 4 25 4 53

4,48

4,60

961,9 965,2

962,7

96318

966,0

2,45

85,6

2,40

87,6

2>0

83,7

3,65

84,6

3,20

84,2

2,74

2,74

2,73

2,74 2,71

61,3

61,9

66,4

69,1

63,1

15 06 14,48 16,16

15,84

16 30

Среднее напряжение., В

Температура электролита, С

Частота анодных эффектов, кол/сут

Выход по току, 7

Криолитовое отношение

Выход по энергии, Г/кВт ч

Технологическая электроэнергия постоянного тока, кВт ч/кг А1

Среднее напряжение, В

Температура электролита, С

Частота анодных эффектов, кол/сут

Выход по току, Х

Криолитовое соотношение

Выход по энергии, Г/кВт ч

Технологическая электроэнергия постоянного тока кВт ° ÷/êã Al

32 б отличающийся тем, что, с целью повышения производительности электролизера за счет стабилизации теплового режима, электролиз производят при уровне Н металла в шахте электролизера, определяемом выражением Н = 0,4 — (0,010-0,014) Ь, где L-длина шахты ванны, м.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью снижения тепловых потерь, отношение уровня h электролита к уровню металла в шахте электролизера попдерживают в соответствии с уравнением h/Н =

= 0,3 + (0,030-0,045) L м.