Электролизер для производства алюминия

Авторы патента:

Белянин Александр Владимирович (RU)

Шайдулин Евгений Рашидович (RU)

Шахрай Сергей Георгиевич (RU)

Поляков Петр Васильевич (RU)

Кондратьев Виктор Викторович (RU)

C25C3/12 - аноды

Владельцы патента RU 2555302:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" (RU)

Изобретение относится к электролизеру с обожженными анодами для производства алюминия. Электролизер содержит угольные аноды с вертикальными отверстиями и катодное устройство со слоем жидкого алюминия на подине, при этом внутренняя поверхность каждого отверстия анода защищена корундовой трубкой, высота которой превышает высоту анода, отношение этих высот удовлетворяет условию h:H=(1,05÷l,15):1, где: h - высота корундовой трубки; H - высота анода и количество отверстий в аноде составляет не менее одного. Обеспечивается уменьшение удельного потребления электроэнергии электролизером с обожженным анодом на 300-400 кВт·ч/т Al и исключение риска загрязнения производимого электролизером алюминия примесями при растворении корундовой трубки в электролите. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству алюминия в электролизерах с обожженными анодами, и направлено на сокращение удельного потребления электрической энергии и повышение энергетической эффективности электролизного производства путем снижения газонаполненности электролита и уменьшения потерь напряжения на преодоление его сопротивления.

Известен электролизер для производства алюминия, в угольном анодном блоке которого выполнены вертикальные отверстия в виде усеченных конусов, нижний диаметр которых больше верхнего в 1,9÷2,1 раз и составляет 80-400 мм, а количество отверстий - 8÷100 шт. (патент РФ №2485216 RU от 21.02.2012, опубл. 20.06.2013). Отверстия сокращают путь газовых пузырей и уменьшают толщину газовой прослойки, что снижает потери напряжения на ванне и уменьшает потребление электроэнергии электролизером. Конические отверстия в аноде способствуют росту скорости газа в них по направлению снизу вверх и удалению таким образом угольной пены на поверхность анода.

Недостатком известного электролизера является значительная площадь отверстий в анодном угольном блоке, уменьшающая площадь его контакта с расплавом, и низкая скорость движения газов в отверстии, недостаточная для выноса углерода на поверхность анода, наличие дополнительной поверхности, подверженной окислению анодными газами и кислородом атмосферного воздуха, что увеличивает расход анодов и создает риск закупоривания газоотводящих отверстий жидким электролитом, наносимом на поверхность анода в качестве защитного слоя.

Известен электролизер для производства алюминия, содержащий угольные аноды с каналами и катодное устройство, включающее слой жидкого алюминия на подине и катодные стержни из нерастворимых в алюминии материалов, верхняя часть которых, выступающая из жидкого алюминия, выполнена формой, соответствующей форме противоположных каналов в аноде [Патент РФ №2282680 RU от 05.04.2005, опубл. 27.08.2006.].

Недостатками известного электролизера являются риск образования градиентов плотности и повышенной структурной напряженности в зоне пазов, что увеличивает вероятность образования трещин и газопроницаемость анода, чувствительность анода к механическим воздействиям, образование вертикальных трещин как продолжение пазов.

Задачей заявляемого изобретения являются сокращение потребления электроэнергии электролизером и снижение расхода обожженного анода путем уменьшения толщины газосодержащего слоя электролита, снижение риска окисления анода анодными газами и кислородом атмосферного воздуха и исключение закупоривания газоотводящих отверстий электролитом, наносимом на поверхность анода в качестве защитного слоя.

Достигается это тем, что электролизер для производства алюминия, содержащий угольные аноды с вертикальными отверстиями и катодное устройство, включающее слой жидкого алюминия на подине, при этом внутренняя поверхность каждого отверстия анода защищена корундовой трубкой, высота которой превышает высоту анода и отношение этих высот удовлетворяет условию h:H=(1,05÷1,15):1, при этом количество отверстий в аноде должно быть не менее одного.

Данные пределы отношений высот обосновываются следующим. Высота свежего анода до его установки в электролизер составляет 700-800 мм, высота защитного слоя электролита, наносимого на его поверхность - 20-30 мм. Уменьшение высоты верхнего среза трубок над верхней плоскостью анода менее 0,05 Н создает риск закупоривания трубки при нанесении защитного слоя электролита, увеличение этого параметра более 0,15 Н создает риск поломки трубки при транспортировке анода и его установке в электролизер.

Выбор корундовых трубок обосновывается тем, что они на 95-97% состоят из глинозема, а температура их эксплуатации достигает 1650-1700°C, что значительно выше температуры расплава электролита в электролизной ванне. При контакте с расплавом материал такой трубки подвергается электролизу с образованием жидкого алюминия и диоксида углерода, не загрязняя при этом металл, производимый электролизером.

Заявляемый обожженный анод поясняется графически. На фиг. изображен общий вид анода с газоотводящими отверстиями, защищенными корундовыми трубками, где: 1 - анод; 2 - отверстия, защищенные корундовыми трубками.

Заявляемый обожженный анод работает следующим образом. Газовые пузыри, образующиеся в процессе окисления анода, движутся по пути наименьшего сопротивления, до края подошвы анода или в отверстия. При этом через отверстия удаляется минимум половина образующихся анодных газов, что сокращает толщину газосодержащего слоя электролита и затраты электроэнергии на преодоление его сопротивления в 1,5-2 раза, а защита отверстия корундовой трубкой исключает риск окисления анода отходящими анодными газами.

Преимуществами заявляемого изобретения являются уменьшение удельного потребления электроэнергии электролизером с обожженным анодом на 300-400 кВт·ч/т(Al) и исключение риска загрязнения производимого электролизером алюминия примесями при растворении корундовой трубки в электролите.

Электролизер для производства алюминия, содержащий угольные аноды с вертикальными отверстиями и катодное устройство со слоем жидкого алюминия на подине, отличающийся тем, что внутренняя поверхность каждого отверстия анода защищена корундовой трубкой, высота которой превышает высоту анода при отношении высот, удовлетворяющем условию h:H=(1,05÷1,15):1, где h - высота корундовой трубки; H - высота анода.

Изобретение может быть использовано при изготовлении композиционного оксидно-металлического инертного кислородвыделяющего анода для электролитического получения металлов, в частности, алюминия.

Способ формирования вторичного анода алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом // 2536321

Изобретение относится к способам формирования вторичного анода алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом. Способ включает использование связующего нефтекаменноугольного пека с удельной плотностью 1,25-1,30 г/см3, преимущественно 1,27-1,29 г/см3, и содержанием бенз(а)пирена не более 7 мг/г пека, приготовление подштыревой анодной массы с содержанием связующего 30-40%, преимущественно 32-36%, формирование вторичного анода из приготовленной подштыревой анодной массы.

Способ производства анодной массы для анодов // 2529193

Изобретение относится к способу производства анодной массы для анодов алюминиевого электролизера, включающий регулирование процесса производства анодной массы путем изменения соотношения компонентов в коксопековой композиции.

Способ подготовки анодной массы для формирования сырых анодов // 2521178

Изобретение относится к способу подготовки анодной массы для формирования сырых анодов электролизера производства алюминия электролизом расплавленных солей. Способ включает приготовление шихты зерновых и пылевых фракций кокса, регулирование гранулометрического состава фракций кокса, нагрев шихты и смешивание шихты с пеком-связующим, охлаждение полученной анодной массы, формирование полученных сырых анодов.

Способ обслуживания алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом // 2517623

Изобретение относится к способу обслуживания алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом в процессе его эксплуатации. Способ включает загрузку анодной массы в анодный кожух, перемещение анодного кожуха, перемещение анодной рамы относительно зеркала катодного металла и перестановку анодных штырей, при этом для перемещения анодной рамы определяют зависимость порога магнитогидродинамической (МГД) устойчивости электролизера от положения анодной рамы относительно зеркала катодного металла с построением графика, на котором определяют нижнее и верхнее положения анодной рамы относительно зеркала катодного металла, и при достижении анодной рамой позиции, соответствующей равенству упомянутых положений рамы относительно зеркала катодного металла, определяющему заданный порог МГД-устойчивости, осуществляют перемещение анодной рамы.

Анододержатель алюминиевого электролизера // 2509831

Изобретение относится к анододержателю анодного устройства алюминиевых электролизеров. Анододержатель содержит кронштейн с двумя и более ниппелями, расположенными равномерно или с разным шагом вдоль продольной оси обожженного угольного блока и закрепленными в выполненных в нем ниппельных гнездах, при этом ниппели имеют сужения с площадью поперечного сечения, равными 0,3÷0,9 площади поперечного сечения ниппеля в заделке анодного блока, выполненные над поверхностью угольного блока на расстоянии от 0,01-0,2 до 0,21-0,9 расстояния от поверхности угольного анода до горизонтальной части кронштейна.

Металлический анод выделения кислорода, работающий при высокой плотности тока, для электролизеров восстановления алюминия // 2496922

Изобретение относится к металлическому аноду выделения кислорода для электрохимического извлечения алюминия разложением глинозема, растворенного в расплавленном электролите на основе криолита.

Способ и устройство для отделения металлических стаканов от оснований анодов, в частности, анодов, используемых для производства алюминия при помощи огневого электролиза // 2496921

Изобретение относится к способу удаления за один этап чугунных заливок, закрепленных на ниппелях, связанных с ножками анодной штанги. Способ включает следующие этапы: а) размещают ножку анодной штанги между упорным устройством и устройством воздействия, причем устройство воздействия может быть перемещено при помощи приводного механизма в направлении упорного устройства, которое охватывает, по меньшей мере частично, каждый из n ниппелей анодной штанги и представляет собой упорную поверхность, блокирующую поступательное перемещение соответствующей чугунной заливки, b) перемещают устройство воздействия в направлении упорного устройства таким образом, чтобы устройство воздействия входило в контакт с ножкой анодной штанги и увлекало ее за собой вплоть до того момента, когда ножка анода войдет в контакт с упорным устройством, с) продолжают перемещения устройства воздействия таким образом, чтобы каждая чугунная заливка, заблокированная связанной с ней упорной поверхностью, была отсоединена от соответствующего ниппеля, d) останавливают и отводят назад устройство воздействия.

Способ получения связующего для электродной массы // 2489524

Изобретение относится к способу получения связующего для электродной массы. .

Электролизер для производства алюминия // 2485216

Изобретение относится к анодному устройству алюминиевых электролизеров. .

Снабженный канавками анод электролизера // 2559381

Изобретение относится к анодному блоку из углерода для предварительно обожженного анода электролизера по производству алюминия. Анодный блок имеет верхнюю сторону, нижнюю сторону, размещаемую напротив верхней стороны катода, четыре боковые стороны и по меньшей мере одну канавку, выходящую на по меньшей мере одну из боковых сторон, на которой упомянутая канавка имеет максимальную длину Lmax в плоскости, параллельной нижней стороне, при этом упомянутая канавка не выходит на упомянутые нижнюю или верхнюю стороны или выходит на упомянутые верхнюю или нижнюю стороны на длину L0, меньшую половины максимальной длины Lmax. Раскрыты также способ изготовления анодного блока, обожженный анод, электролизер для производства алюминия электролизом в расплавленных солях и способ производства алюминия. Обеспечиваются возможность устранения отвода анодного газа из-под анода без нарушения целостности последнего и повышение срока службы анода. 5 н. и 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

Анод на основе железа для получения алюминия электролизом расплавов // 2570149

Изобретение относится к аноду для электролитического получения алюминия электролизом фторидных расплавов при температуре менее 930°C. Анод содержит основу, выполненную из сплава, содержащего в мас.%: железо 65-96, медь до 35, никель до 20 и одну или несколько добавок молибдена, марганца, титана, тантала, вольфрама, ванадия, циркония, ниобия, хрома, алюминия (до 1), кобальта, церия, иттрия, кремния и углерода в сумме до 5, и защитный оксидный слой, состоящий главным образом из оксидов железа и комплексных оксидов железа, меди и никеля. Основа изготовлена путем литья в металлические или песчаные формы. Защитный оксидный слой на поверхности анода получен путем предварительного окисления на воздухе при температуре 850-1050°C или непосредственно в процессе электролиза окислением выделяющимся на аноде кислородом. Защитный оксидный слой на поверхности анода имеет толщину 0,1-3,0 мм. Обеспечивается увеличение срока эксплуатации анода. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

Устройство контроля токораспределения в алюминиевых электролизерах // 2584059

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия. Технический результат - повышение точности контроля токораспределения. Устройство содержит электромагнитный датчик, нормализатор входных сигналов, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и микропроцессор. Причем датчик установлен на одном конце шеста, выполненного из непроводящего ток материала и длина которого достаточна для свободного доступа к проводнику с током, а его выход подключен через последовательно соединенные нормализатор входных сигналов и АЦП к микропроцессору. Выход микропроцессора оснащен USB разъемом для считывания накопленной информации об измеренных значениях тока. Устройство снабжено вторым электромагнитным датчиком, установленным напротив первого датчика относительно центра проводника с током, при этом электромагнитные датчики соединены последовательно и зафиксированы с помощью ограничителя, а их общий выход подключен витой парой к входу нормализатора входных сигналов. 2 ил.

Способ снижения анодного перенапряжения при электролитическом получении алюминия // 2585924

Изобретение относится к производству алюминия электролитическим способом на электролизерах с угольными и малорасходуемыми анодами. Способ снижения анодного перенапряжения включает подачу на анод импульсов тока высокой частоты с использованием генератора высокочастотных импульсов переменного тока и варьированием частоты импульсов тока от 104 до 108 Гц. Обеспечивается снижение удельного расхода электроэнергии при получении алюминия путем снижения анодного поверхностного перенапряжения гетерогенной реакции образования СО2 за счет дополнительного нагрева и влияния импульсов переменного тока на кинетику электродных процессов. 11 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Способ производства анодной массы // 2586195

Изобретение относится к способу изготовления анодной массы для анодов алюминиевых электролизеров. Способ включает приготовление анодной массы смешением зерновых фракций углеродного наполнителя в виде кокса с предварительно подготовленной связующей матрицей (СМ) на основе пылевой фракции кокса и пека в качестве связующего и регулировании гранулометрического состава (СМ) относительно заданного значения логарифма вязкости связующей матрицы корректировкой соотношения пылевых фракций при определении вязкости связующей матрицы в автоматическом режиме. Обеспечивается улучшение и стабилизация свойств анодной массы за счет управления ее пластичностью. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ получения инертного анода из литого композиционного материала // 2590362

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к электролитическому получению алюминия с применением инертных анодов из литых композиционных материалов с коррозионно-стойким покрытием анода. Способ получения инертного анода из литого композиционного материала, одной из составляющих которого является металлический сплав системы Cu-Ni-Fe, а другой составляющей оксидное покрытие, включающий приготовление сплава системы Cu-Ni-Fe, его перегрев до заданной температуры и заливки в кокиль с последующим формированием оксидного покрытия на его поверхности, в сплав системы Cu-Ni-Fe, предварительно модифицированный церием, в количестве 0,02-0,04 мас.% при температуре 1400-1450°C при тщательном перемешивании вводят порошок феррита никеля, с размером частиц не более 0,1 мкм в количестве 5-40 мас.%, предварительно синтезированный и плакированный металлом-протектором. Техническим результатом является получение инертного анода с низким удельным электросопротивлением, высокой коррозионной стойкостью в расплаве электролита, с защитным коррозионно-стойким покрытием непосредственно в литейной форме, экономичностью, простотой изготовления и повышением качества композиционного материала. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

Анодный штырь электролизера с самообжигающимся анодом // 2601728

Изобретение относится к конструкции анодного штыря электролизеров с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом при электролитическом производстве алюминия. Анодный штырь содержит стальной цилиндрический стержень, наружная поверхность которого выполнена с резьбой, причем наружная поверхность цилиндрической части штыря, погружаемой в анод, выполнена с трубной резьбой шагом P, равным 0,2÷0,5 длины L анодного штыря, при этом отношение наружного диаметра D анодного штыря к внутреннему диаметру цилиндра D1, вписанного внутренней вершиной резьбы, находится в пределах D:D1=1:0,9÷0,6, а число заходов резьбы n составляет от 2 до 4. Обеспечивается снижение энергозатрат на производство алюминия путем уменьшения падения напряжения в контактном узле анодный штырь-анод за счет увеличения его площади, снижения усилия, которое требуется приложить при вывинчивании штыря из анода, исключения разрушения спеченной части анода при извлечении штыря. 1 ил.

Способ формирования самообжигающегося анода алюминиевого электролизера с верхним токоподводом // 2606365

Изобретение относится к электролитическому производству алюминия, а именно к способу формирования самообжигающегося анода алюминиевого электролизера с верхним токоподводом. Способ включает загрузку анодной массы в анодный кожух, установку в жидкую фазу анода вдоль продольной оси анода электролизера частично заглубленных, одинаковых по высоте металлических охлаждающих элементов, подъем анодного кожуха, перестановку стальных анодных штырей на более высокий горизонт анода с извлечением стальных штырей из тела угольного анода, загрузку дозированного количества подштыревой массы и установку штырей в лунку анода, при этом загружают анодную массу на основе нефтяного кокса с содержанием каменноугольного пека 27÷29%, устанавливают горизонтально ориентированные металлические охлаждающие элементы в одну линию между центральными рядами анодных штырей с одинаковой глубиной погружения в жидкую фазу анода, а подъем анодного кожуха осуществляют с подъемом металлических охлаждающих элементов за один прием не более чем на 3,0 см. Обеспечивается уменьшение расхода анодной массы, снижение выхода угольной пены, сокращение расхода электроэнергии и выбросов загрязняющих веществ за счет повышения качества анода. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Способ токоподвода к алюминиевому электролизеру с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом // 2613839

Изобретение относится к способу оптимизации токоподвода к аноду электролизера при электролитическом получении алюминия в электролизерах с самообжигающимся анодом и верхним токоподводом. Способ включает удаление в ходе технологического сопровождения на электролизере токоподводящих штырей внутренних рядов, в проекции которых наиболее развитая трещиноватость, лунки и пустоты, до соотношения количества штырей внутренних и наружных рядов (0,98…0,88):1, при этом упомянутые штыри не устанавливают в дальнейшем. Обеспечивается повышение производительности электролизера за счет снижения потерь от обратного окисления произведенного алюминия посредством стабилизации межполюсного зазора и снижение расхода электроэнергии и трудозатрат на обслуживание электролизера. 1 ил., 1 табл.

Электролизер для производства алюминия // 2621084

Изобретение относится к электролизеру для производства алюминия с биполярными электродами. Электролизер содержит корпус с боковой и подовой футеровкой, концевые аноды и катоды, размещенные на противоположных сторонах корпуса электролизера, и вертикально установленные между ними нерасходуемые биполярные электроды, при этом нерасходуемые биполярные электроды, образующие модули электролиза, установлены вдоль оси электролизера рядами, между которыми расположены модули питания глиноземом и сбора алюминия. Боковая и подовая футеровка электролизера выполнена из глиноземсодержащего материала и покрыта слоем глубокопрокаленного глинозема, а модуль питания глиноземом отделен от модуля сбора алюминия плитой из огнеупорного, неэлектропроводного материала, например карбида кремния или нитрида алюминия. Биполярные электроды могут быть установлены под углом к вертикали не более 10°. Торцевые грани биполярных электродов со стороны модуля питания глиноземом защищены покрытием из огнеупорного, неэлектропроводного материала, например, карбида кремния или нитрида алюминия. Обеспечивается улучшение снабжения глиноземом биполярных электродов, снижение скорости растворения анодной части электродов и трудовых затрат на обслуживание электролизера, обеспечение устойчивой и продолжительной эксплуатации биполярных электродов и производство алюминия коммерческой чистоты (не менее 99,5% Al). 3 з.п. ф-лы, 1 ил.