Способ ведения электролиза в алюминиевых электролизерах с обожженными анодами

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности, к получению алюминия электролизом. Техническим результатом изобретения является повышение производительности электролизера с обожженными анодами при силе тока 85-92 кА, а также снижение удельного расхода сырья и электроэнергии. Способ включает поддержание температуры электролита 950-960°С, поддержание уровня электролита 15-22 см, металла 8-15 см, криолитового отношения электролита 2,2-2,3. При этом электролиз ведут при рабочем напряжении на электролизере 4,1-4,4 В и анодной плотности тока 0,83-0,9 А/см².

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности, к получению алюминия электролизом.

Известен способ ведения электролиза в алюминиевых электролизерах с обожженными анодами на силу тока 40-60 кА, в которых электролиз проводят при рабочем напряжении на электролизере 3,6-4,2 B, температуре электролита 950-960°С, поддерживая высоту слоя электролита 18-25 см и высоту слоя металла 7-15 см. Криолитовое отношение поддерживают 2,5-2,7 при анодной плотности тока 0,7-1 А/см² (Вольфсон Г.Е., Ланкин В.П. Производство алюминия в электролизерах с обожженными анодами. - М.: Металлургия, 1974, стр. 20-63).

Недостатком известного способа является низкая производительность электролизеров при выходе по току не более 88%.

Кроме того, указанные диапазоны технологических параметров могут быть оптимальными только для электролизеров на указанную силу тока и анодную плотность тока. Для электролизеров с другой силой тока требуется поиск и подбор сочетания технологических параметров, позволяющих получить наиболее экономичный режим работы электролизеров.

При реконструкции электролизных цехов, оборудованных алюминиевыми электролизерами с самообжигающимися анодами, с заменой их на электролизеры с обожженными анодами, с целью снижения капитальных затрат, электролизеры с обожженными анодами размещают в строительных габаритах тех же ячеек, что и старые электролизеры с самообжигающимися анодами. Это накладывает определенные ограничения на величину силы тока модернизируемых электролизеров и требует разработки оптимальных технологических параметров процесса электролиза в пределах допустимых значений силы тока после реконструкции.

Техническим результатом изобретения является повышение производительности электролизера с обожженными анодами при работе на силе тока 85-92 кА, а также снижение удельного расхода сырья и электроэнергии.

Технический результат достигается тем, что в способе ведения электролиза в алюминиевых электролизерах с обожженными анодами при силе тока 85-92 кА, включающем поддержание температуры электролита 950-960°С, поддержание заданного уровня электролита, металла и криолитового отношения электролита, электролиз ведут при рабочем напряжении на электролизере 4,1-4,4 В и анодной плотности тока 0,83-0,9 А/см², при этом поддерживают уровень металла 8-15 см, уровень электролита 15-22 см и криолитовое отношение электролита 2,2-2,3.

При рабочем напряжении на электролизере ниже 4,1 в заметно уменьшается выход по току из-за снижения междуполюсного расстояния, а при рабочем напряжении более 4,4 В возрастает температура электролита, из-за чего также уменьшается выход по току.

При анодной плотности тока ниже 0,83 А/см² оптимальный тепловой баланс электролизера при указанных значениях силы тока обеспечить практически невозможно из-за недостатка тепла, выделяющегося в электролизере.

При анодной плотности тока более 0,9 А/см² выделяющегося в электролизере тепла будет слишком много для того, чтобы обеспечить оптимальную форму рабочего пространства в шахте электролизера, достаточно низкую температуру процесса и высокие технико-экономические показатели электролиза.

Для каждой анодной плотности тока выбирают оптимальные значения уровня металла в пределах 8-15 см. При этом при большей плотности тока уровень металла должен быть больше, т.к. в этом случае необходим более интенсивный отвод тепла из зоны реакции.

Уровень электролита зависит от уровня металла и при увеличении последнего должен несколько снижаться. В пределах его значения 15-22 см обеспечивается условие хорошего растворения глинозема в электролите.

Kриолитовое отношение электролита 2,2-2,3 позволяет вести процесс электролиза при сравнительно низкой температуре расплава и при высоких значениях анодной плотности тока 0,83-0,9 А/см².

Пример №1 выполнения способа

В электролизере, работающем на силе тока 85 кА, напряжении 4,3 В и анодной плотности тока 0,85 А/см², поддерживали температуру электролита 950°С, высоту уровня электролита 20 см, высоту уровня металла 9 см и криолитовое отношение 2,3.

Выход по току составил 94,9% при суточной производительности электролизера 645,8 кг алюминия.

Пример №2 выполнения способа

В электролизере, работающем на силе тока 92 кА, напряжении 4,1 В и анодной плотности тока 0,9 А/см², поддерживали температуру электролита 955°С, высоту уровня электролита 16 см, высоту уровня металла 13 см и криолитовое отношение 2,2.

Выход по току составил 92% при суточной производительности электролизера 680,5 кг алюминия.

Некоторое уменьшение выхода по току в примере №2 объясняется уменьшением междуполюсного расстояния для того, чтобы сохранить оптимальный тепловой баланс электролизера.

Целесообразность работы с тем или иным из заявляемых технологических параметров в указанных пределах определяется стоимостью сырья, алюминия, электроэнергии, рабочей силы и др. факторами.

Формула изобретения

Способ ведения электролиза в алюминиевых электролизерах с обожженными анодами при силе тока 85-92 кА, включающий поддержание температуры электролита 950-960°С, поддержание заданного уровня электролита, металла и криолитового отношения электролита, отличающийся тем, что электролиз ведут при рабочем напряжении на электролизере 4,1-4,4 В и анодной плотности тока 0,83-0,9 А/см², при этом поддерживают уровень металла 8-15 см, уровень электролита – 15-22 см и криолитовое отношение электролита – 2,2-2,3.