Способ формирования вторичного самообжигающегося анода алюминиевого электролизера

Изобретение относится к производству алюминия в электролизерах с самообжигающимися анодами, а именно к способу для формирования вторичного анода при перестановке анодных штырей. Способ включает перестановку анодных штырей в теле анода на верхние горизонты и введение в подштыревую лунку анодной массы в виде засыпки с добавлением измельченного алюминия в количестве 0,5-2,5 вес.% от загруженной в лунку анодной массы. Способ позволит уменьшить расход электроэнергии на 4,8 кВт·ч/т алюминия и увеличить срок службы анодных штырей в 1,3 раза. 1 табл.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к производству алюминия в электролизерах с самообжигающимися анодами, и предназначено для формирования вторичного анода при перестановке анодных штырей.

Известен способ формирования вторичного самообжигающегося анода алюминиевого электролизера [патент RU №2040592, C25C 3/12, опубл. 27.07.1995]. На дне подштыревого отверстия помещена глиноземсодержащая засыпка, а сверху - углеродсодержащая заглушка. При использовании указанного способа сокращается расход анодной массы и уменьшается выход угольной пены. Недостатком рассматриваемого способа является незащищенность поверхности анодного штыря от воздействия сернистых соединений, содержащихся в составе анодной массы, вызывающих коррозию анодного штыря и уменьшение срока его службы.

Известен способ формирования вторичного самообжигающегося анода, принятый по совокупности близких существенных признаков за прототип, включающий введение в подштыревую лунку анодной массы в виде шаровидных брикетов с различным содержанием связующего [патент SU №1794109, C25C 3/12, опубл. 07.02.1993]. Один вид шаровидных брикетов с меньшим содержанием связующего вводят в нижнюю часть подштыревого отверстия, другой вид брикетов с большим содержанием связующего вводят в верхнюю часть подштыревого отверстия. При расплавлении брикетов образуется пробка конусообразной формы, заполняющая зазоры между штырем и телом анода.

Указанный способ формирования вторичного самообжигающегося анода также не обеспечивает защиту поверхности анодного штыря от коррозии, вызываемой серой и ее соединениями. Образующаяся эвтектика сернистое железо - железо снижает температуру плавления, следствием чего является оплавление и преждевременный износ анодного штыря. Кроме того, пленка сернистого железа увеличивает электросопротивление в зоне контакта анодной массы с анодным штырем, что приводит к увеличению расхода электроэнергии электролизного процесса.

В основу изобретения положена задача разработать способ формирования вторичного самообжигающегося анода алюминиевого электролизера, обеспечивающий увеличение срока службы анодных штырей и уменьшение расхода электроэнергии в электролизном процессе производства алюминия за счет нейтрализации серы, содержащейся в анодной массе и соответственно предотвращения образования на поверхности анодного штыря пленки сернистого железа.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в способе формирования вторичного самообжигающегося анода алюминиевого электролизера, включающем перестановку анодных штырей в теле анода на верхние горизонты и введение в подштыревую лунку анодной массы, согласно изобретению анодную массу в подштыревую лунку вводят в виде засыпки с добавлением измельченного алюминия в количестве 0,5-2,5 вес.% от загруженной в лунку анодной массы.

Заявляемый способ формирования вторичного самообжигающегося анода алюминиевого электролизера имеет следующие отличительные признаки. При перестановке анодных штырей в теле анода на верхние горизонты анодную массу вводят в подштыревую лунку в виде засыпки, что в сравнении с брикетированной подачей менее сложно в плане организации процесса загрузки анодной массы и различных добавок. В анодную массу вводят измельченный алюминий. Под действием высокой температуры измельченный алюминий расплавляется и обволакивает поверхность опущенного в лунку анодного штыря. При этом уменьшается падение напряжения в контакте анодный штырь - тело анода. Расплавленный алюминий взаимодействует с серой, содержащейся в анодной массе подштыревой пробки, и предохраняет стальную часть анодного штыря от взаимодействия с серой и образования на его поверхности пленки сернистого железа. Алюминий взаимодействует с серой в объеме подштыревой анодной массы по следующей реакции:

2Al+3S=Al₂S₃.

Эта реакция при температурах 700°C и выше термодинамически вполне возможна (Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. М., Высшая школа, 1981, с.451-462).

Введение в анодную массу, засыпаемую в подштыревую лунку, измельченного алюминия менее 0,5 вес.% от анодной массы неэффективно, так как вводимого количества измельченного алюминия недостаточно для полной нейтрализации серы и образования защитной алюминиевой пленки на поверхности анодного штыря.

Введение в анодную массу измельченного алюминия более 2,5 вес.% нежелательно, поскольку вводимое количество алюминия по стехиометрическому соотношению реакции взаимодействия серы и алюминия больше требующегося. Излишнее количество измельченного алюминия в анодной массе экономически нецелесообразно. Кроме того, уменьшается механическая прочность образующейся подштыревой пробки после коксования анодной массы.

Введение в анодную массу измельченного алюминия в количестве 0,5-2,5 вес.% от анодной массы, загружаемой в подштыревую лунку, обеспечивает эффективную нейтрализацию серы, содержащейся в анодной массе, и образование защитной алюминиевой пленки на поверхности анодного штыря. При этом максимально уменьшается падение напряжения в контакте штырь - тело анода и минимально уменьшается длина анодного штыря в процессе его работы.

Изменение параметров работы анодных штырей при введении в анодную массу измельченного алюминия (например, в виде мелких алюминиевых пластинок) по истечении 30 дней приведено в таблице.

Таблица
Параметры работы анодных стержней
Параметры	Базовый способ	Предлагаемый способ
		Добавка алюминия, %
<0,5	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	>2,5
Падение напряжения в контакте штырь - тело анода, мВ	5	5	4,5	4,0	3,5	3,3	3	3
Уменьшение длины анодного штыря, мм	3	2,8	2,6	2,4	2,3	2,3	2,3	2,3

Предложенный способ формирования вторичного анода реализуется следующим образом. После извлечения из тела анода анодного штыря в подштыревую лунку загружают с помощью бункера для анодной массы и крана анодную массу с добавлением измельченного алюминия в количестве 0,5-2,5 вес.%, равномерно рассредоточенного в объеме анодной массы. Под действием высокой температуры (>700°C) измельченный алюминий расплавляется, химически реагирует с серосодержащими компонентами в объеме анодной массы и образует неактивное соединение Al₂S₃.

Присутствие в анодной массе расплавленных частиц алюминия повышает ее пластичность и обеспечивает качественное заполнение микрообъемов на поверхности подштыревой лунки при значительных колебаниях содержания связующего. Присутствие в скоксовавшейся подштыревой пробке электропроводящих алюминиевых частиц повышает электропроводимость контакта штырь - тело анода и анода в целом. Использованный во вторичном аноде алюминиевый заполнитель без потерь переходит в конечный продукт.

Предложенный способ формирования вторичного анода позволяет уменьшить падение напряжения в контакте штырь - тело анода на 1,5-2 мВ и соответственно расход электроэнергии на процесс электролиза на одном электролизере на 0,24 кВт, а также уменьшить износ анодного стержня на 0,023 мм/сутки.

Использование предлагаемого способа позволит уменьшить расход электроэнергии на 4,8 кВт·ч/т алюминия и увеличить срок службы анодных штырей в 1,3 раза.

Способ формирования вторичного самообжигающегося анода алюминиевого электролизера, включающий перестановку анодных штырей в теле анода на верхние горизонты и введение в подштыревую лунку анодной массы, отличающийся тем, что анодную массу в подштыревую лунку вводят в виде засыпки с добавлением измельченного алюминия в количестве 0,5-2,5 вес.% от загруженной в лунку анодной массы.