Электролизер для производства алюминия

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к конструкции электролизера для производства алюминия. Техническим результатом изобретения является создание конструкции электролизера, позволяющей вовлечь в процесс электролиза боковые поверхности каналов анодов, увеличить за счет этого рабочую (эффективную) поверхность анодов и катода, снизить потери электрической мощности в аноде и в электролите и расход электроэнергии на производство алюминия. В электролизере для производства алюминия, содержащем угольные аноды с каналами и катодное устройство, включающее слой жидкого алюминия на подине, катодные токоотводящие стержни выполнены из нерастворимых в алюминии материалов, причем их верхняя часть, выступающая из жидкого алюминия, выполнена формой, соответствующей форме противоположных каналов в аноде, и расположена в каналах анодов на расстоянии 1,0-6,0 см параллельно боковым поверхностям каналов. Каналы в угольных анодах и верхняя часть катодных токоотводящих стержней, выступающая над поверхностью жидкого алюминия, имеют треугольное сечение. В случае использования нерасходуемых анодов форма канала и верхней части катодного стержня может быть любой другой, например прямоугольной. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия, а именно к конструкции электролизера для производства алюминия.

Известна конструкция электролизера для производства алюминия, содержащая угольные аноды и катодное устройство, подина которого покрыта слоем жидкого алюминия, являющегося катодом электролизера (Справочник металлурга по цветным металлам. Производство алюминия. М.: Металлургия, 1971, с.154).

Недостатком этой конструкции является то, что выделяющийся на рабочей поверхности анода газ создает дополнительное сопротивление прохождению электрического тока и приводит к дополнительным потерям электрической мощности и увеличению расхода электроэнергии на производство алюминия.

Известна конструкция электролизера для производства алюминия, которая принята за прототип, содержащая анодное и катодное устройство, на подине которого находится слой жидкого металла, а обожженные угольные аноды имеют один или несколько вертикальных каналов на их рабочих поверхностях. (В.Р.Moxnes, B.E.Aga, J.H.Skaal "How to obtain open feeder holes by installing anodes with tracks". Light Metals, 1998, pp. 247-255).

Данная конструкция позволяет ускорить удаление газовой фазы за пределы рабочей поверхности анода и снизить потери электрической мощности и расход электроэнергии, обусловленные электрическим сопротивлением газовой фазы, выделяющейся на поверхности анода.

Недостатком данной конструкции электролизера является то, что боковые поверхности вертикальных каналов анодов, будучи удаленными от поверхности жидкого металла (катода), не участвуют в процессе электролиза и уменьшают эффективную рабочую поверхность анодов, что приводит к увеличению потерь электрической мощности в аноде и в электролите и соответственно расхода электроэнергии на производство алюминия.

Технической задачей настоящего изобретения является создание конструкции электролизера, позволяющей вовлечь в процесс электролиза боковые поверхности каналов анодов, увеличить за счет этого рабочую (эффективную) поверхность анодов, снизить потери электрической мощности в аноде и в электролите и расход электроэнергии на производство алюминия.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в электролизере для производства алюминия, содержащем угольные аноды с каналами и катодное устройство со слоем жидкого алюминия на подине и катодными токоотводящими стержнями, согласно заявляемому изобретению, катодные токоотводящие стержни выполнены из нерастворимых в алюминии материалов, а их верхняя часть, выступающая из жидкого алюминия, выполнена формой, соответствующей форме противоположных каналов в аноде, и расположена в каналах анодов параллельно их боковым поверхностям на расстоянии от них 1,0-6,0 см.

Для того чтобы обеспечить постоянство расстояния между анодом и катодом по мере сгорания и опускания анодного массива, при использовании расходуемых угольных анодов каналы в них и верхняя часть катодных токоотводящих стержней выполнены формой, имеющей треугольное сечение.

Расположение катодных токоотводящих стержней над поверхностью жидкого металла параллельно боковым поверхностям анодных каналов увеличивает рабочую (эффективную) поверхность анода и катода примерно на 10% (по расчету). Это обеспечит пропорциональное снижение потерь электрической мощности и снижение расхода электроэнергии примерно на 5%.

Расстояние от боковых поверхностей каналов до поверхности выступающей части катодных токоотводящих стержней выбрано из условия предотвращения прямого контакта выделяющегося алюминия и анодных газов. По данным лабораторных исследований это расстояние должно быть не менее 1,0 см. Снижение этого расстояния меньше 1,0 см приведет к существенному снижению выхода алюминия по току. Увеличение этого расстояния более 6,0 см приведет к пропорциональному увеличению потерь электрической мощности в электролите и расхода электроэнергии на производство алюминия. Для поддержания постоянного расстояния между анодами и катодными токоотводящими стержнями по мере сгорания и опускания расходуемых угольных анодов каналы и выступающие из жидкого алюминия части катодных токоотводящих стержней имеют треугольное сечение при условии поддержания расстояния между ними, равного 1,0-6,0 см.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан продольный разрез электролизера с угольными расходуемыми анодами, а на фиг.2 - продольный разрез электролизера с нерасходуемыми анодами.

Электролизер для производства алюминия содержит угольные аноды 1 с каналами 2 и катодное устройство 3 со слоем жидкого алюминия 4 на подине 5. Катодные токоотводящие стержни 6 выполнены из нерастворимых в алюминии материалов, а их выступающие из жидкого алюминия части расположены в каналах анодов на расстоянии 1,0-6,0 см параллельно боковым поверхностям каналов 2. При использовании угольных расходуемых анодов анодные каналы и выступающие над поверхностью алюминия части катодных токоотводящих стержней имеют треугольное сечение, а при использовании нерасходуемых анодов - любое другое, например прямоугольное. Катодные токоотводящие стержни 6 вмонтированы в подину и передают ток через слой жидкого металла к катодной ошиновке 7.

Предлагаемая конструкция электролизера позволяет увеличить рабочие (эффективные) поверхности анода и катода, снизить потери электрической мощности и расход электроэнергии на производство алюминия.

1. Электролизер для производства алюминия, содержащий угольные аноды с каналами и катодное устройство со слоем жидкого алюминия на подине и катодными токоотводящими стержнями, отличающийся тем, что катодные токоотводящие стержни выполнены из не растворимых в алюминии материалов, а их верхняя часть, выступающая из жидкого алюминия, выполнена формой, соответствующей форме противоположных каналов в аноде, и расположена в каналах анодов параллельно их боковым поверхностям на расстоянии от них 1,0-6,0 см.

2. Электролизер по п.1, отличающийся тем, что при использовании расходуемых угольных анодов каналы в них и верхняя часть катодных токоотводящих стержней выполнены формой, имеющей треугольное сечение.