Способ электролитического получения алюминия

Изобретение относится к получению алюминия электролизом криолит-глиноземного расплава. Способ включает загрузку на этапе пуска электролизера в качестве электролита смеси криолита со фторидом алюминия с содержанием фторида алюминия от 25 до 35 мас.%. Обеспечивается сокращение времени пуска электролизера и повышение эффективности процессов температуро- и теплопередачи для дальнейшего плавления электролита. 1 табл.

 

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности, к получению алюминия электролизом криолит-глиноземного расплава.

Несмотря на множественные разработки, направленные на улучшение технологического процесса электролитического получения алюминия, изобретенный еще в 19 веке способ по-прежнему является одним из самых энергозатратных и неэффективных. На современных заводах для получения тонны алюминия расходуется 13-16 МВт⋅ч электроэнергии на тонну алюминия, причем непосредственно на электролиз расходуется не более 40 % этой электроэнергии. В связи с этим, в настоящее время крупными производственными компаниями и научными организациями преимущественно проводятся научно-практические исследования, направленные на снижение тепловых потерь при запуске и в ходе работы электролизера. Известно, что величина тепловых потерь в значительной степени определяется выбором состава, так называемого пускового электролита и условиями пуска электролизера для получения алюминия, при этом состав пусковых электролитов можно разделить на 3 типа: кислые, щелочные и нейтральные [1-3]. Преимуществом кислых электролитов является относительно низкая температура плавления, и пониженный риск образования трещин в графитовой подине, а к недостаткам - более глубокое проникновение электролита вглубь графитовой подины, что приводит к повышению вероятности проникновения натрия и ее разрушению.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ электролитического получения алюминия [4], в котором для запуска электролизера и электролиза используют кислый электролит, содержащий криолит (Na3AlF6), с содержанием фторида алюминия в количестве 8-12 мас. %. Соотношение [NaF]/[AlF3] такого электролита составляет 2,6-2,7 мол/мол, температура ликвидуса не менее 960°С. Согласно фазовой диаграмме Na3AlF6-AlF3 [5], при нагревании данной солевой смеси при температуре 740°С появляется жидкая фаза, которая способствует усилению конвекции, увеличению ее тепло- и температуропроводности, что сокращает потребление электроэнергии (энергозатраты) на нагрев электролита до температуры плавления.

Задачей изобретения является снижение энергозатрат на стадии нагрева электролита при сохранении условий формирования гарнисажа.

Для ее решения предложен способ получения алюминия, в котором, как и в прототипе, на этапе пуска в электролизер загружают электролит, содержащий смесь криолита (Na3AlF6) со фторидом алюминия (AlF3). Способ отличается тем, что в электролизер загружают смесь криолита со фторидом алюминия, с содержанием фторида алюминия от 25 до 35 мас. %.

В отличие от пускового электролита прототипа появление жидкой фазы в солевой смеси заявляемого способа происходит при температуре 690°С (температура солидуса – Тсол), что на 50°С ниже, что позволяет сократить энергозатраты на стадии нагрева электролита до 16 %. При этом энергозатраты и время, требуемые на дальнейшие операции в ходе пуска электролизера (плавление электролита, корректировка состава электролита) по заявляемому способу практически сопоставимы со способом-прототипом.

Технический результат, достигаемый заявленным способом, заключается в сокращении времени пуска электролизера и повышении эффективности процессов температуро- и теплопередачи для дальнейшего плавления электролита.

Заявляемый способ иллюстрируется таблицей (см. графическую часть), где приведены экспериментальные данные по температурам солидуса и времени нагрева пусковых электролитов прототипа и заявленного способа до температуры солидуса и до температуры 980°С.

Для иллюстрации заявленного способа выполнены эксперименты по выявлению температур солидуса (Тсол) пусковых электролитов известного и заявленного способов. Также определено время достижения температуры солидуса и время, необходимое для полного плавления электролита при прочих равных условиях (980°С).

Эксперименты по пуску лабораторного электролизера проводили следующим образом. Электролизер для получения алюминия представлял собой графитовый тигель, экранированный снаружи графитовой крошкой и корундовым контейнером. В графитовый тигель загружали смесь криолита и фторида алюминия общей массой 200 г. Составы электролита с различным содержанием фторида алюминия приведены в таблице. Электролизер размещали в печи сопротивления при температуре 25°С. С целью улучшения теплоизоляции графитовый тигель закрывали графитовой крышкой, в которой размещали платина-платина-родиевую термопару, одновременно погруженную в солевую смесь. Далее производили нагрев печи с лабораторным электролизером по программе: нагрев от 25 до 1000°С за 120 мин и выдержка при 1000°С в течение 120 мин. Для этого использовали терморегулятор Варта ТП-710 и задающую платина-платина-родиевую термопару.

В ходе нагрева печи и выдержки в постоянном режиме фиксировали и записывали изменение температуры смеси криолита со фторидом алюминия во времени при помощи, опущенной в смесь термопары и термопарного модуля USB-ТС01 (National Instruments, США). Из полученных зависимостей температура-время с точностью ± 2°С определяли температуру солидуса солевой смеси, время нагрева смеси до температуры солидуса и время нагрева смеси от температуры солидуса до температуры 980°С.

Из полученных результатов, которые приведены в таблице, можно сделать следующие выводы:

- температура солидуса пусковых электролитов заявленного способа в среднем на 39-40°С аналогичной температуры электролитов прототипа;

- время нагрева электролитов заявленного способа до температуры солидуса сокращается на 35-40 мин при прочих равных условиях (объем электролита, объем и размеры электролизера, режим нагрева печи с электролизером);

- время нагрева электролитов заявленного способа от температуры солидуса до полного плавления (980ºС) также сокращается на 24-25 мин.

Сокращение времени нагрева электролитов заявленного способа до температуры солидуса на 35-40 мин приводит к сокращению энергозатрат на нагрев на 0,84-0,96 МВт/кг электролита, что в процентном отношении составляет до 16 %.

Полученные результаты были сопоставлены с результатами термогравиметрических измерений, сопряженных с дифференциальной сканирующей калориметрией. В целом, температуры солидуса исследуемых составов совпадают в пределах ± 1°С, в то время как время нагрева электролитов, ввиду малого объема, существенно ниже.

Таким образом, заявленный способ позволяет снизить энергозатраты на стадии нагрева электролита.

Источники информации

1. Thonstad J., Fellner P., Haarberg G.M., Hives J., Kvande H., Sterten A. Aluminium Electrolysis. Fundamentals of the Hall-Heroult Process. 3 ed. Dusseldorf, Aluminium-Verlag Marketing & Kommunikation GmbH, 2001, 354 p.

2. Sorlie M., Oye H. Cathodes in aluminium electrolysis. 3rd ed. Dusseldorf: Aluminium-Verlag Marketing and Kommunikation GmbH, 2010. 650 p.

3. Громов Б.С., Панов Е.Н., Боженко М.Ф., Васильченко Г.Н., Карвацкий А.Я., Шилович И.Л. Обжиг и пуск алюминиевых электролизеров. Москва: ИД «Руда и Металлы», 2001.

4. US 5114545, публ. 19.05.1992.

5. Foster P. Journal of the American Ceramic Society, 1970, Vol. 53, pp. 598-600.


Способ электролитического получения алюминия, включающий загрузку в электролизер на этапе пуска электролита, содержащего смесь криолита (Na3AlF6) со фторидом алюминия (AlF3), и проведение электролиза в ванне расплава электролита с электролитическим разложением глинозема до металлического алюминия, отличающийся тем, что содержание фторида алюминия в загружаемой в электролизер смеси криолита со фторидом алюминия составляет от 25 до 35 мас.%.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к электролитическому получению алюминия. Электролизер для получения алюминия, содержащий анод, катод в отстоящем от анода положении, ванну расплавленного электролита в жидкостном сообщении с анодом и катодом, корпус электролизера, содержащий боковую стенку и подину.

Изобретение относится к способу получению сплавов на основе алюминия электролизом. Способ включает использование малорасходуемого анода алюминиевого электролизера в качестве источника легирующих элементов, при этом осуществляют введение в расплавленный катодный алюминий легирующих элементов путем растворения в расплаве электролита алюминиевого электролизера из малорасходуемого анода, добавления в расплав электролита алюминиевого электролизера оксидов, и/или фторидов, и/или карбонатов упомянутых легирующих элементов или одновременного растворения легирующих элементов из малорасходумых анодов с добавлением в расплав электролита алюминиевого электролизера оксидов, и/или фторидов, и/или карбонатов упомянутых легирующих элементов, восстановление легирующих элементов, введенных в расплав электролита алюминиевого электролизера на расплавленном катодном алюминии, с получением основы для алюминиевых сплавов, определение соотношения элементов в основе для алюминиевых сплавов и доведение сплавов до заданного состава посредством добавления к основе для алюминиевых сплавов легирующих элементов в необходимом количестве.

Транспортировочное устройство (1) содержит средства стыковки с грузом, средства дистанционного обнаружения препятствия, выполненные с возможностью сканирования зоны (8) обнаружения, средства сбора кинематической данной, предназначенные для сбора одной или нескольких кинематических данных, относящихся к кинематике транспортировочного устройства (1), блок (16) обработки, предназначенный для определения зоны контроля внутри зоны (8) обнаружения, при этом блок (16) обработки рассчитывает форму зоны контроля в зависимости от кинематической данной или кинематических данных, поступающих от средств сбора.

Изобретение может быть использовано при получении фтористых солей, используемых в производстве алюминия электролитическим способом. Обработку регенерационного криолита проводят сульфатом алюминия или хлоридом алюминия при температуре 60-80°C в течение 20-120 минут при поддержании рН 2-4.

Изобретение относится к способу и устройству для футеровки катодного устройства электролизера для получения алюминия. Способ включает укладку материалов одновременно с его распределением по поверхности цоколя и выравниванием по уровню, отсчитываемому от плоскости верхнего края кожуха катодного устройства электролизера путем последовательного перемещения устройства для инсталляции неформованных футеровочных материалов вдоль продольной оси катода алюминиевого электролизера.
Изобретение относится к способу выравнивания подошвы анода алюминиевого электролизера. Способ включает подачу под анод глинозема под давлением 1-2 атм, при этом первую подачу глинозема осуществляют через 2-4 часа после установки нового анода в электролизер, дальнейшие подачи глинозема осуществляют в течение последующих 16-18 часов с периодичностью 6-8 часов, по истечении которых подачу глинозема под анод до его полного износа осуществляют с периодичностью один раз в течение 1-2 суток.

Изобретение относится к производству алюминия в электролизерах с обожженными анодами. Способ включает подачу воздушно-глиноземной смеси в течение 5÷60 с под углом от 3 до 10° по отношению к аноду при соотношении глинозема и сжатого воздуха 1:0,1÷0,15.

Изобретение относится к электролизерам для получения алюминия. Электролизер включает размещенный в анодном кожухе самоспекающийся анод, токоподводящие штыри и систему газоотсоса, при этом самоспекающийся анод на границе между коксопековой композицией и зоной полукокса разделен горизонтальной перегородкой, размещенной на высоте от нижней кромки анодного кожуха, равной 0,7÷0,8 от его высоты, и оборудованной вертикальными ячейками с образованием анодных блоков, удерживаемых от падения в расплав токопроводящими штырями, при этом ячейки выполнены длиной, равной 0,1÷0,2 длины анодного кожуха, и шириной, равной 0,45÷0,495 ширины анодного кожуха, и размещены с зазором между ними для обеспечения движения образующихся анодных газов в систему газоотсоса.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к процессу пиления пазов в обожженных углеродных анодах, используемых при электролитическом получении алюминия, а именно к устройству с режущими сегментами и способу обработки обожженных углеродных анодов Режущие сегменты поочередно с левым и правым исполнением располагаются на дисках пилы на одинаковом расстоянии между собой.

Изобретение относится к способу и устройству для определения состава электролита на основе дифференциально-термических измерений для управления процессом электролиза алюминия.

Изобретение относится к конструкции катодного устройства электролизера для производства алюминия электролизом. Катодное устройство содержит металлический кожух, футерованный боковыми блоками, установленными на бровку, подовые углеграфитовые блоки с токоподводящими стержнями, цоколь из теплоизоляционного слоя и огнеупорного слоя, выполненного из смеси порцелланита 23-26 мас.

Изобретение относится к области электрохимического получения компактных слоев элементарного металлического рения из его соединений путем электролиза расплавов. Проводят электролиз ренийсодержащего компонента в расплаве солей, где в качестве ренийсодержащего компонента используют перренат калия.

Группа изобретений относится к электролитическому получению алюминия. Электролизер для получения алюминия, содержащий анод, катод в отстоящем от анода положении, ванну расплавленного электролита в жидкостном сообщении с анодом и катодом, корпус электролизера, содержащий боковую стенку и подину.

Изобретение относится к производству алюминия в электролизерах с обожженными анодами. Способ включает подачу воздушно-глиноземной смеси в течение 5÷60 с под углом от 3 до 10° по отношению к аноду при соотношении глинозема и сжатого воздуха 1:0,1÷0,15.

Изобретение относится к электролизерам для получения алюминия. Электролизер включает размещенный в анодном кожухе самоспекающийся анод, токоподводящие штыри и систему газоотсоса, при этом самоспекающийся анод на границе между коксопековой композицией и зоной полукокса разделен горизонтальной перегородкой, размещенной на высоте от нижней кромки анодного кожуха, равной 0,7÷0,8 от его высоты, и оборудованной вертикальными ячейками с образованием анодных блоков, удерживаемых от падения в расплав токопроводящими штырями, при этом ячейки выполнены длиной, равной 0,1÷0,2 длины анодного кожуха, и шириной, равной 0,45÷0,495 ширины анодного кожуха, и размещены с зазором между ними для обеспечения движения образующихся анодных газов в систему газоотсоса.

Изобретение относится к способу и устройству для определения состава электролита на основе дифференциально-термических измерений для управления процессом электролиза алюминия.
Изобретение относится к способу подготовки обожженных анодов для электролиза алюминия. Способ включает нагрев анода перед помещением его в расплав электролита.

Изобретение относится к электролизеру для электрохимического осаждения цинка электролизом водных растворов. Электролизер содержит корпус с расположенными внутри него монополярными электродами - анодами и катодами, и средство периодического реверса тока, выполненное в виде дополнительных электродов для реверса тока, размещенных между монополярными катодами и анодами и электрически соединенных между собой с возможностью подключения с одновременным отключением катодов или анодов и подачи посредством упомянутых дополнительных электродов противоположного заряда на пассивирующиеся монополярные электроды, при этом дополнительные электроды выполнены из материала, нерастворимого в водном растворе электролита.

Изобретение относится к элементу конструкции укрытия пространства над расплавом электролизера для производства алюминия электролизом криолит-глиноземных расплавов.
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к составу электролита для электролитического получения алюминия электролизом фторидных расплавов. Электролит содержит, мас.%: фторид натрия 26-43, фторид калия - до 12, фторид лития - до 5, фторид кальция 2-6, глинозем 2-6, фторид алюминия и примеси - остальное.

Группа изобретений относится к электролизу солевого расплава. Электролизер содержит металлосборную камеру, электролизную камеру и по меньшей мере две электролитических ячейки в электролизной камере. Каждая электролитическая ячейка имеет катод с призматической полостью, призматический анод и по меньшей мере один прямоугольный трубчатый биполярный электрод. Биполярный электрод размещен во внутренней полости катода, а анод - во внутренней полости биполярного электрода. По меньшей мере часть каждой грани, образующей наружную сторону прямоугольного трубчатого биполярного электрода, ближайшего к катоду среди биполярных электродов, обращена к грани, образующей призматическую полость катода, причем по меньшей мере часть каждой грани, образующей внутреннюю сторону прямоугольного трубчатого биполярного электрода, ближайшего к аноду среди биполярных электродов, обращена к грани, образующей призму анода. По меньшей мере одна грань катода является одной гранью катода другой электролитической ячейки. Предложены также применение электролизера для получения металлического магния, способ получения губчатого титана и способ получения металлического магния. Обеспечивается повышение выхода по току и улучшение производительности. 4 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 ил., 4 пр.

Изобретение относится к получению алюминия электролизом криолит-глиноземного расплава. Способ включает загрузку на этапе пуска электролизера в качестве электролита смеси криолита со фторидом алюминия с содержанием фторида алюминия от 25 до 35 мас.. Обеспечивается сокращение времени пуска электролизера и повышение эффективности процессов температуро- и теплопередачи для дальнейшего плавления электролита. 1 табл.

Наверх