Анод, способ его изготовления и способ получения алюминия

 

Анод, используемый в процессах электролитического получения первичного алюминия, содержит нефтяной кокс и анодные огарки, в качестве связующего - натуральный желтый, кусковой, твердо-желтый, кристаллический или рафинированный сахар. Способ изготовления анодов предусматривает приготовление смеси из указанных компонентов при температуре 150-250^oС. Использование анодов улучшает экологическое состояние окружающей среды. 3 с.п.ф-лы, 4 табл.

Изобретение относится к усовершенствованиям, разработанным в ходе исследований и испытаний, связанных с материалом для изготовления анода, используемого в процессах электролитического получения первичного алюминия.

Как отмечено в заявке на патент PI 9800469-7, поданной в Бразилии 17.04.98, предложен новый тип анода, в состав которого в качестве связующего агента входит мелясса (черная патока) сахарного тростника и который используют в тиглях для электролитического восстановления окиси алюминия до первичного алюминия. Более конкретно, технология, предложенная в заявке на патент PI 9800469-7, относится к замене электролитической черной смолы, часто используемой в общеизвестных способах получения анодов при производстве первичного алюминия, чистой или дополнительно содержащей тростниковый сахар меляссой.

Ближайшим аналогом заявленного изобретения является авторское свидетельство СССР N 1279958, в котором раскрыты анод, способ его изготовления и способ получения алюминия электролизом. При этом известный анод содержит нефтяной кокс и связующее. Известный способ изготовления анода включает приготовление смеси, содержащей нефтяной кокс и связующее, при этом нефтяной кокс предварительно измельчают, просеивают и классифицируют, нагревают и смешивают со связующим. Известный способ получения алюминия включает использование ванн электролитического восстановления.

Отличием заявленного анода является то, что он дополнительно содержит анодные огарки, а в качестве связующего содержит натуральный желтый, кусковой, твердо-желтый, кристаллический или рафинированный сахар.

Отличием заявленного способа изготовления анода является то, что смесь дополнительно содержит измельченные, просеянные и классифицированные анодные огарки, в качестве связующего используют натуральный желтый, кусковой, твердо-желтый, кристаллический или рафинированный сахар, при этом смешивание осуществляют при температуре 150-250^oC.

Отличием заявленного способа получения алюминия является то, что в ваннах электролитического восстановления используют заявленные аноды, изготовленные заявленным способом.

Содержание натурального (желтого, кускового, твердо-желтого, кристаллического) или рафинированного сахара, а также кокса, содержащего "анодные огарки" в условиях процесса, таких как температура смеси, температура и время спекания, представляют собой варианты, которые изменяются в зависимости от типов кокса, натурального (желтого, кускового, твердо-желтого, кристаллического) или рафинированного сахара и добавок, и/или свойства, необходимые для полученного анода.

Анодная композиция согласно настоящему изобретению содержит приблизительно 50-70% нефтяного кокса, 15-30% "анодных огарков" и 10-25% натурального (желтого, кускового, твердо-желтого, кристаллического) или рафинированного сахара на основе полного веса композиции.

Согласно настоящему изобретению предпочтительно, чтобы содержание натурального (желтого, кускового, твердо-желтого, кристаллического) или рафинированного сахара, используемых в анодной композиции, составляло приблизительно 16 вес.%.

Добавки, литий, фтор, алюминий, окись алюминия, бор и соединения на основе серы и их смеси, согласно настоящему изобретению могут быть по выбору включены в количестве, изменяющемся от 0 до приблизительно 10 вес.%.

Способ производства анодов согласно настоящему изобретению включает приготовление смеси, содержащей нефтяной кокс, анодные отходы от восстановления, называемые "анодными огарками" и натуральный (желтый, кусковой, твердо-желтый, кристаллический) или рафинированный сахар. Нефтяной кокс и анодные отходы измельчают, просеивают и классифицируют по гранулометрическим фракциям. После этого фракции нагревают и смешивают с натуральным (желтым, кусковым, твердо-желтым, кристаллическим) или рафинированным сахаром в смесителях, работающих в непрерывном или циклическом режиме, при температурах, находящихся в диапазоне от 150 до 250^oC. Предпочтительно подходящая температура составляет приблизительно 190^oC, а время смешивания зависит от типа и производительности смесительного оборудования, используемого в технологическом процессе.

Полученная при смешивании суспензия может быть использована непосредственно в ваннах для электролитического восстановления или подвергнута прессованию или компактированию, или вибрационному компактированию на соответствующих прессах или установках для компактирования, в условиях вакуума или без него, для получения заготовок анодов.

Эти заготовки анодов могут быть подвергнуты спеканию в специальных печах при температурах, находящихся в диапазоне от 800 до 1300^oC, в течение времени в диапазоне от 70 до 200 часов. Предпочтительнее, чтобы температура спекания составляла 1100^oC.

Упомянутая суспензия может быть непосредственно использована в процессе Седерберга, тогда как заготовки анодов после спекания могут быть использованы в процессе "предварительного спекания".

Согласно настоящему изобретению, типовая композиция натурального (желтого, кускового, твердо-желтого, кристаллического) или рафинированного сахара, подлежащая использованию в анодной композиции, имеет свойства, приведенные в табл. 1, которые могут иметь место отдельно или одновременно. (В табл. 1 и 2: ppm = частей на миллион; макс. = максимальное значение).

Согласно настоящему изобретению типовая композиция нефтяного кокса, который используют в анодной композиции, предпочтительно показывает свойства, приведенные ниже в табл. 2, которые могут иметь место отдельно или одновременно.

Следующий пример показывает условия предпочтительного варианта настоящего изобретения. Однако этот пример не следует рассматривать как пример, ограничивающий предлагаемое изобретение.

Были выполнены сравнительные лабораторные испытания путем изменения состава анодной композиции и условий процесса ее получения, для достижения как можно более лучших параметров, которые могли бы служить в качестве отправных данных для промышленного процесса получения предварительно спеченных анодов в промышленности производства первичного алюминия.

При этом эксперименты были выполнены на оборудовании промышленного масштаба, поставляемом фирмой R.D.C., посредством которого в каждом эксперименте получали 5 кг пасты, что эквивалентно получению 14 анодов весом 340 г каждый.

Композиция сахаров, использованная в экспериментах, приведена в табл. 3.

Условия процесса, при которых получили лучшие результаты, были: - концентрация желтого, твердого или кристаллического = 16-20%; - температура смешивания при получении смеси = 135-170^oC; - температура спекания = 1100^oC.

Характеристики анодов по настоящему изобретению также сравнивали с анодами, изготовленными из меляссы, а также с анодами обычного типа, в которых использовали электролизную смолу в качестве связующего агента.

Результаты приведены в табл. 4. (В табл. 4: ST = "время выдержки" при температуре спекания, ч; AV = заготовка анода; AC = спеченный анод; ¹nPm - нано-фунтов/мин; 1 nPm = 453,6•10^-9 г/мин).

Как можно видеть, свойства анодов, изготовленных из желтого, твердо-желтого и кристаллического сахара в лабораторных условиях, эквивалентны анодам, содержащим смолу, но необходимы усовершенствования с тем, чтобы было возможно устранить все проблемы, связанные со здоровьем людей и окружающей средой на производстве при использовании электролитической смолы.

Формула изобретения

1. Анод, используемый в электролитическом производстве первичного алюминия, содержащий нефтяной кокс и связующее, отличающийся тем, что он дополнительно содержит анодные огарки, а в качестве связующего содержит натуральный желтый, кусковой, твердо-желтый, кристаллический или рафинированный сахар.

2. Способ изготовления анода, включающий приготовление смеси, содержащей нефтяной кокс и связующее, при этом нефтяной кокс предварительно измельчают, просеивают и классифицируют, нагревают и смешивают со связующим, отличающийся тем, что смесь дополнительно содержит измельченные, просеянные и классифицированные анодные огарки, в качестве связующего используют натуральный желтый, кусковой, твердо-желтый, кристаллический или рафинированный сахар, при этом приготовление смеси осуществляют при температуре в диапазоне от 150^oC до 250^oC.

3. Способ получения алюминия в ваннах электролитического восстановления, отличающийся тем, что восстановление осуществляют с использованием анодов по п.1, полученных способом по п.2.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4