Обоснование ресурсосбережения в технологии производства алюминия в высокоамперных электролизерах с обожженными анодами (стр. 1 )

На правах рукописи

БАЖИН Владимир Юрьевич

ОБОСНОВАНИЕ РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ В ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ В высокоамперных электролизерАХ С ОБОЖЖЕННЫМИ АНОДАМИ

Специальность 05.16.02 – Металлургия черных, цветных

и редких металлов

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

САНКТ - Петербург

2012

 

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный горный университет».

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, Санкт-Петербургский Государственный Горный Университет, профессор кафедры печных технологий и переработки энергоносителей

доктор технических наук, профессор, Техническая дирекция ОК РУСАЛ, менеджер

доктор химических наук, профессор, Уральский Федеральный Университет им. , заведующий кафедрой Металлургии легких металлов

Ведущая организация – Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН (г. Екатеринбург)

Защита состоится « 30 » мая 2012 г. в 14 час. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.03 при Санкт-Петербургском государственном горном университете по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд. 3316.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного университета.

Автореферат разослан 10 апреля 2012 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета

д-р техн. наук. В. Н.БРИЧКИН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время в проектах новых заводов по производству первичного алюминия сохраняется устойчивая тенденция использования в качестве основного агрегата – электролизера с предварительно обожженными анодами (ОА). Проработка альтернативных способов, отличных от традиционной технологии Эру-Холла, не дает обнадеживающих результатов. Обеспечение ресурсосберегающего производства первичного алюминия на сверхмощных электролизерах (силой тока более 300 кА) во всем многообразии условий ведения технологии является одной из актуальных проблем развития алюминиевой промышленности.

Для повышения экологической безопасности предприятий необходимо решение вопросов, связанных с уменьшением выбросов перфторуглеродов за счет снижения количества анодных эффектов, а также переработки отходов футеровки катодного устройства электролизеров.

Исследования по теории и технологии электролитического получения алюминия представлены в трудах российских и зарубежных ученых: , , , A. Tabereaux, W. Haupin, J. Thonstad, H. Kvande, К. Grjotheim, B. J. Welch, H. Оye, G. Holmes.

Анализ современного состояния изученности проблемы показывает, что недостаточно выполнены системные исследования по оценке значимости основных технико-экономических показателей для высокоамперных электролизеров, поскольку на предприятиях России технологию, которая бы соответствовала мировым стандартам алюминиевой промышленности, начали внедрять только с 2003 года.

На сверхмощных электролизе­рах с обожженными анодами отечественных конструкций С-255, РА-300, РА-400, ОА-300М, достигнуты показатели выхода по току 93,5-94,0% при расходе электроэнергии кВт∙ч/т. Аналогичные зарубежные модели электролизеров (АР-35, SY-350, DX-350, NEUI-500) имеют выход по току 95,0% и расход электроэнергии  кВт∙ч/т при более низких значениях расхода сырья и материалов.

Исследование выполнено в рамках отраслевых программ и входит в перечень важнейших инновационных и научно-исследовательских разработок в соответствии со «Стратегией развития металлургической промышленности Российской Федерации в срок до 2015 года», утвержденной приказом Минпромэнерго России от 01.01.01 г. № 177. Работа выполнена в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры» на годы по Государственным контрактам № П1187 и № 16.740.11.0507.

Актуальной проблемой алюминиевой промышленности в России и за рубежом является разработка технологии и способов конструирования электролизеров с высокой амперной нагрузкой на основе современных представлений тепло - и массопереноса в криолит-глиноземных расплавах, с применением методов математического моделирования магнитных полей, а также использования электролитов с низким криолитовым отношением (КО), высокоуправляемых систем автоматизированного питания глиноземом (АПГ) для работы электролизеров с максимальными технико-экономическими показателями (ТЭП).

Цель работы. Научное обоснование и разработка технологических и технических решений, обеспечивающих снижение материальных и энергетических затрат в производстве алюминия в высокоамперных электролизерах.

Идея работы. Рациональное ресурсосбережение для высокоамперных электролизеров достигается при высоких скоростях растворения глинозема и его смесей в кислых электролитах, высоком уровне контроля технологических параметров, уменьшении влияния магнитного поля на металл и рециклинге катодной футеровки.

Задачи исследования:

– выбор приоритетных направлений ресурсосбережения для высокоамперных алюминиевых электролизеров;

– разработка алгоритмов питания электролизеров глиноземом, фторидами и смесями для снижения их удельного расхода;

– обоснование граничных значений основных технологических параметров для мониторинга процесса при помощи автоматизированной системы питания глиноземом;

– изучение кинетики взаимодействия фторидных соединений и глинозема в межэлектродном пространстве в изменяющихся магнитодинамических условиях;

– разработка рациональной магнитодинамической модели сверхмощного электролизера;

– разработка технических решений для устойчивой эксплуатации катодного устройства мощного электролизера;

– разработка технологии переработки твердых техногенных отходов катодной футеровки.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Снижение потерь металлургического глинозема на 10-15 кг/т Al и повышение скорости его растворения на 15% достигается дискретной подачей глинозема и фторидов в электролит при контроле и управлении технологическим процессом при помощи рабочих органов автоматизированных систем питания сверхмощного электролизера.

2. Физико-химические свойства электролита и состав ионных комплексов стабилизируются при минимальном уровне концентрации глинозема 1,8-2,5% и криолитовом отношении, равном 2,25-2,35, в сочетании с содержанием добавок фторидов кальция и магния 5,5-6,5%, что уменьшает их удельный расход и снижает негативное экологическое воздействие на окружающую среду.

3. Магнитодинамическая стабильность высокоамперных электролизеров достигается уменьшением влияния Bx – продольной горизонтальной и Bz – вертикальной компонент индукции магнитного поля на 5-15 Гс и обеспечивает снижение удельного расхода электроэнергии на 150-200 кВт·ч/тAl и увеличение выхода по току на 0,7 % при использовании асимметричной серийной ошиновки с эквипотенциальными узлами.

4. Снижение удельного расхода фторидов алюминия и кальция на 10-15% обеспечивается при реализации технических решений по повышению стойкости материалов катодного устройства и пирометаллургической переработке техногенных отходов отработанной футеровки в реверсивных барабанных печах с использованием катализаторов и регулированием подачи кислорода.

Научная новизна работы:

– экспериментально доказано, что при доставке глинозема в электролит на всех участках транспортирования происходит ухудшение его свойств, которое связано с увеличением содержания глиноземной пыли (>15% фракции «-45 мкм») и адсорбированной влаги >1,0%;

– установлены зависимости кинетики растворения глинозема в кислых электролитах в условиях повышенной динамики расплава высокоамперного электролиза 12-18 см/с и определен допустимый минимальный уровень содержания глинозема 1,8-2,5%;

– обоснованы принципы диагностики технологического состояния мощного электролизера и разработаны компьютерные программы для управления процессом по граничным условиям основных параметров (температура электролита 948-955оС, криолитовое отношение 2,25-2,35, уровень металла 18-20 см и электролита 20-22 см) (свидетельства программ для ЭВМ № и №);

– экспериментально доказано, что в условиях высокоамперного электролиза при максимальной скорости электролита 20-24 см/с температура перегрева расплава уменьшается на 5-8 °С;

– экспериментально установлены рациональные значения координационных чисел оксифторидных комплексов (Al2OF62- и Al2O2F42-) в прианодном слое при изучении скорости растворения Al2O3 от величины криолитового отношения в различных динамических условиях;

– экспериментально определен состав расплава при послойном исследовании электролита (патент РФ №) и установлено соответствие концентрационных полей растворенного глинозема профилю горизонтальных магнитных полей по Ву – направляющей для высокоамперного электролизера;

– изучена диффузионная природа лимитирующей стадии образования ионных групп AlF4- , F-, AlF63- на границе «металл-электролит» при переизбытке фторида алюминия AlF3 (12-15%) и повышенном содержании фторида кальция СaF2 (5,5-6,5%);

– определены факторы, лимитирующие влияние магнито-динамических процессов на катодный металл в условиях повышенной амперной нагрузки;

– установлен механизм физико-химических процессов во время эксплуатации катодной футеровки высокоамперного электролизера.

Практическая значимость и реализация работы:

– внедрена система оптимизации автоматизированного питания АПГ фирмы Bosch Rexroth на алюминиевом заводе Cubal (Швеция). Разработан и внедрен алгоритм питания электролизеров глиноземом, смесями фторидов и глиноземом газоочисток;

– разработана технология «без анодных эффектов» на алюминиевый завод» в 9 и 10 корпусах электролиза, обеспечившая снижение коэффициента анодных эффектов до 0,08 шт./сут., а также уменьшение выбросов перфторуглеродов на 30%;

– реализовано в производстве управление мощными электролизерами с помощью интегрированных систем автоматического питания, осуществляющих мониторинг технологических параметров через изолированный питатель;

– асимметричная ошиновка принята к эксплуатации в корпусах с электролизерами РА-300Б Богучанского алюминиевого завода (Красноярский край);

– разработана и опробована технология пирометаллургической переработки твердых отходов катодной футеровки электролизеров.

Экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы для алюминиевого завода мощностью 500 тыс. т Al в год составляет 106 млн. руб. Выход по току составляет 94,5-95,0 %, количество пылевыбросов сокращается на 12-15%, срок службы электролизеров увеличивается на 450-500 дней.

Полученные теоретические и экспериментальные результаты работы используются в учебном процессе в СПГГУ при чтении дисциплин «Металлургия легких металлов», специального курса «Металлургия алюминия», а также при написании учебных пособий.

Личный вклад автора заключается в научном обобщении результатов исследований и практической эксплуатации электролизеров большой мощности для производства алюминия. Автором сформулированы цели и задачи, определяющие направления развития ресурсосберегающих технологий в производстве первичного алюминия. Выполнены теоретические и экспериментальные исследования, получены положительные результаты опытно-промышленных испытаний, которые отражены в публикациях научных изданий и докладах на международных конгрессах и конференциях.

Методика исследований. В работе использованы современные методы химических и физико-химических анализов: спектральный, рентгенофазовый (РФА), рентгеноспектральный (РСА), дифференциально-термический анализ (ДТА), фракционный, спектрофотометрический, электронной и инфракрасной спектроскопии. Для теоретических обобщений использовались современ­ные методы статистического и математического анализа при помощи компьютерных программ Statisticа, MathCAD, MATLAB.

Изучение гранулометрического состава проведено при помощи лазерного анализатора Horiba LА-950 (Япония). Структурное исследование осуществлялось методами растровой электронной микроскопии и рентгеновского микроанализа на растровом электронном микроскопе JSM-6460 LV (JEOL, Япония) с аналитической приставкой INCA (Oxford, Великобритания). Определение элементного и фазового составов образцов расплава проводилось на дифрактометре ДИФРЕЙ-402 ( приборы» (г. Санкт-Петербург)) и на автоматизированном рентгеновском дифрактометре Shimadzu XRD-6000 (Япония), с использованием информационно-поисковой системы рентгенофазовой идентификации материалов в СФУ (г. Красноярск). Содержание растворимых фторидов и цианидов в твердом остатке анализировали через ICS измерения, а отходящие газы с помощью масс-спектрометра Pfieffer Vacuum Termostar GSD301T3 (Германия).

Экспериментальные исследования выполнялись на лабораторном электролизере кафедры Металлургии цветных металлов СПГГУ, а также в опытно-промышленном масштабе на высокоамперных электролизерах ОК РУСАЛ (ОА-300М1, РА-300).

Достоверность полученных результатов, научных исследований, выводов и рекомендаций подтверждается соответствием полученных результатов теории и практики высокоамперного электролиза алюминия. Применение высокотехнологичного аналитического оборудования, современных методов исследования и обработки статических данных с применением стандартных и специальных программных пакетов обеспечило внедрение ресурсосберегающих технологий для проекта «Богучанский алюминиевый завод». Результаты исследований использованы в рекомендациях для технического применения на предприятиях ОК РУСАЛ.

Результаты диссертации в полной мере освещены в 49 печатных работах, из них 1 монография, 16 статей в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, 5 патентов и 2 свидетельства на компьютерную программу, 7 статей и 18 тезисов докладов.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на конференциях: Международная научно-практическая конференция «Составляющие научно-технического прогресса». 22-23 апреля 2005 г., г. Тамбов; Ежегодная Международная конференция огнеупорщиков и металлургов. 15-16 марта 2007 г., г. Москва; Х МНПК «Экономика, экология и общество России в 21-м столетии». 20-22 мая 2008 г. СПб.; 58 Berg - und Hüttenmännischer Tag. Innovation in Geoscience, Geoengineering and Metallurgy. Technische Universität Bergakademie Freiberg. Freiberger Forschungshefte. 2010; I Международный научно-технический конгресс «Энергетика в глобальном мире». 12-15 июня 2010 г., г. Красноярск; II и III Международный конгресс «Цветные металлы - 2010». 2-5 сентября. 2010 г., г. Красноярск; Международная научно-практическая конференция «ТЕХГОРМЕТ-21 век». 11-12 ноября 2010 г., Санкт-Петербург; Всероссийская научно-практическая конференция «Перспективы развития технологии переработки углеводородных, растительных и минеральных ресурсов» 21-22 апреля 2011 г., г. Иркутск; V Международная научно-практическая конференция «Перспективы применения инновационных технологий» 13-15 октября 2011 г., Таджикистан; Международная научно-практическая конференция «XL НЕДЕЛЯ НАУКИ СПбГПУ». 24-26 ноября 2011 г., СПб.

Работа выполнена в рамках ведущей научной школы СПГГУ профессора «Комплексная переработка сырья цветных, благородных и редких металлов».

Объем и структура. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, 4-х приложений, списка литературы из 259 наименований. Общий объем работы – 327 страниц, в том числе 109 таблиц, 83 рисунка.

Содержание работы

Во введении обоснованы актуальность и направление исследований, сформулирована цель и определены основные задачи. Выбраны приоритетные направления в обеспечении ресурсосберегающего функционирования высокоамперных электролизеров.

В первой главе выполнен анализ изученности современного состояния проблемы и перспектив развития производства алюминия на электролизерах силой тока более 300 кА в России и за рубежом, рассмотрены принципы технологии и методы управления процессом высокоамперного электролиза, описаны объекты исследования, обоснован выбор параметров с целью повышения ТЭП.

Во второй главе рассматривается состояние и физико-химические свойства глинозема на различных стадиях его доставки к электролизеру. Анализируются результаты экспериментальных исследований концентрационных полей оксида алюминия в изменяющихся технологических условиях и режимах питания электролизера. В ходе исследования получены зависимости растворимости Al2O3 в кислых электролитах от электрических параметров. Обоснованы принципы работы электролизеров ОА по технологии «без анодных эффектов» при текущем мониторинге параметров при помощи рабочих органов системы питания АПГ.

В третьей главе обоснован выбор рационального состава электролита для высокоамперных технологий электролиза, разработана методика и логистика корректировки криолитового отношения в зависимости от температуры и содержания фторидов, определены области метастабильности электролитов, пересыщенных фторидом алюминия. Исследованы процессы образования оксифторидных комплексов при высоких скоростях расплава.

В четвертой главе рассматривается влияние МГД-динамики на работу сверхмощного электролизера. Определены условия, снижающие Bx – горизонтальную и Bz – вертикальную составляющие магнитного поля. Модифицировано уравнение Навье-Стокса для описания зависимости магнитодинамической стабильности от физико-химических свойств кислых электролитов в условиях повышенной динамики. Разработаны мероприятия по модернизации серийной ошиновки.

Пятая глава посвящена разработке технологии переработки и утилизации твердых техногенных отходов алюминиевого производства для повышения эффективности ресурсосбережения и снижения экологической нагрузки на производственных территориях. Изучено влияния технологических параметров на срок службы электролизеров и стойкость футеровки.

Защищаемые положения диссертации

1. Снижение потерь металлургического глинозема на 10-15 кг/т Al и повышение скорости его растворения на 15% достигается дискретной подачей глинозема и фторидов в электролит при контроле и управлении технологическим процессом при помощи рабочих органов автоматизированных систем питания сверхмощного электролизера.

По статистическим данным расход глинозема на 1 т Al на российских предприятиях выше на 5-10 кг, чем на подобных производствах за рубежом. В ходе исследования выявлено, что во время транспортирования на глинозем оказывается воздействие, которое приводит к изменению его физико-химических свойств. Глинозем после доставки на корку электролита характеризуется менее развитой поверхностью, чем первичный глинозем и фторированный глинозем газоочисток. Ухудшение свойств глинозема связано с логистикой и оборудованием доставки сырья до расплава. Для понимания механизма потерь Al2O3 изучались структуры частиц, определялся химический и гранулометрический состав образцов глинозема на всех стадиях транспортирования (рис.1).

 

Номер пробы

Рис. 1. Гранулометрический состав глинозема после транспортирования:

1 – глинозем в силосе, 2 – глинозем в бункере; 3 – глинозем с пылью из дозатора;

4 – фторированный глинозем газоочисток

Определение содержания элементов проводилось при помощи рентгенофлуоресцентной спектроскопии с использованием метода фундаментальных параметров (полуколичественного анализа). При изучении образцов выявлено, что потери глинозема связанны с истиранием, пылением во время доставки, а также с безвозвратными потерями во время выполнения технологических операций и при разгерметизации электролизера. Система АПГ при снижении качества глинозема во время транспортирования неудовлетворительно адаптируется и сырье неэффективно растворяется в межэлектродном пространстве (МЭП), что приводит к образованию подовых осадков и увеличению частоты анодных эффектов (АЭ). Глинозем газоочисток характеризуется минимальным содержанием мелкой фракции и повышенным содержанием примесей, при этом содержание крупной фракции +152,5мкм значительно ниже, чем в исходном состоянии. Микроструктурные исследования частиц фторированного глинозема свидетельствуют о процессах хемосорбции глиноземной пыли, а при агломерировании Al2O3 тетрафторалюминатом натрия происходит увеличение удельной площади поверхности частиц.

Изучение проб глинозема на различных участках транспортирования, подтверждает, что в пробах присутствует большое количество мелкой фракции. Этот фактор является причиной ухудшения текучести глинозема и нестабильной работы систем питания АПГ. В работе даны рекомендации по повышению эффективности транспортирования и подачи глинозема в электролит.

Увеличение амперной нагрузки электроли­зера требует раздель­ной оценки влияния газо-гидродинамической и магнитодинамической составляющих конвекции, которые определяют концентрационное поле в МЭП по различным направлениям (рис. 2, 3).

Рис. 2. Распределение Al2O3 и КО по горизонтальной плоскости электролита	Рис. 3. Распределение Al2O3 по высоте столба электролита

Послойный отбор проб электролита проводился при помощи специального пробоотборника в условиях действующего производства на электролизерах ОА-300М1 Уральского алюминиевого завода. Установлено, что распределение концентрации глинозема в межэлектродном пространстве повторяет вид векторов скоростей и контуры магнитного поля по поперечной горизонтальной Bу – направляющей. В местах наиболее интенсивного течения расплава концентрация глинозема усредняется равномерно.

Сложность и трудоемкость исследований динамики расплава на про­мышленных электролизерах ведут к разра­ботке более современного экономичного метода исследований – контроля содержания глинозема в МЭП при непрерывном мониторинге электрических параметров. Суть запатентованного метода состоит в параллельной идентификации содержания глинозема в объеме электролита с зафиксированным уровнем «шумов» на АСУТП. Контроль процесса растворения наиболее эффективно проводить по отклонению приведенного напряжения на анодах, находящихся в районе питателей АПГ, где магнитное поле и динамика расплава минимальны, что позволяет более качественно идентифицировать шумы, связанные с изменением концентрационного поля.

Данные расчетов удовлет­ворительно согласуются со значениями скорости течения электролита в МЭП в местах наиболее интенсивного течения расплава в каналах между анодами и между рядами анодов. Максимальные значения концентрации 4,2-4,8 % зафиксированы в центральной зоне, а минимальные – в периферийной части и в анодном слое. Минимальная концентрация глинозема в прианодном слое 0,9-1,3%, что соответствует наступающему анодному эффекту. Высокая концен­трация глинозема в остальных зонах МЭП подтверждается идентифицированным «скриншотом» АСУТП. Отклонение компенсируется подачей в эту точку питания чистого глинозема «песоч­ного» типа. Этот факт является решающим при аргументации дискретного питания ванн глиноземом через АПГ и основополагающим для всех алго­ритмов.

Период нестабильности работы электролизера особенно проявляется при увеличении частоты анодных эффектов и образовании глиноземистых осадков в районе питателей. Работа электролизера «без анодного эффекта» основана на мониторинге текущего технологического состояния электролизера и частоты отклонения приведенного напряжения в период недопитки.

На нестабильность процесса электролиза влияет то, что не все основные технологические параметры контролируются постоянно. Впервые предлагается управлять процессом по четким граничным значениям основных параметров при помощи изолированного питателя системы АПГ.

После преобразования полученных данных от АСУТП подается импульс на дискретное питание электролизера глиноземом и фторидами по алгоритму с учетом рациональных граничных значений (табл. 1).

Таблица 1

Граничные значения основных параметров электролиза

Параметр	Граничные условия	Техническое решение
Температура	950-955 оС	Термодатчики
Криолитовое отношение	2,25-2,35	По электропроводности
Уровень электролита	18-22 см	По импульсу тока
Уровень металла	17-20 см	По касанию пробойника

Алгоритм построения и функционирования диагностической системы через интегрированную систему АПГ использует нейросетевую модель на базе блок-схемы для определения технологического состояния электролизера (рис. 4).

Мониторинг при помощи рабочих органов системы АПГ представляет собой алгоритм системного нейрокомпьютинга в диалоговом окне с помощью запатентованных программ ЭВМ NN Contol+ и «Граничные условия». В качестве обучающей выборки нейронной сети предлагается использовать эмпирические данные и стандартные результаты замеров, полученные в результате наблюдения за ходом технологического процесса. Наибольшей эффективностью обладает комбинация вариантов, которая использует нейронную сеть для расчета диагностируемой ситуации, а обучающую выборку сети формирует в результате проведения многомерного ситуационного обзора и построения регрессионных уравнений.

Рис. 4. Блок-схема построения и функционирования системы диагностики

Рекомендации по ведению процесса для достижения требуемого результата включают следующие шаги:

- на основании замеров определяются значения технологических показателей в текущий момент времени, одновременно с этим производятся измерения параметров, характеризующих текущее состояние Хтек;

- требования к выходящим параметрам (откликам) задаются по регламентируемым значениям, и на их основании определяется требуемое состояние Хтр;

- вектор рекомендуемых изменений вычисляется по формуле DХ=k(Хтр‑Хтек), k≤1, а множитель k определяет количество шагов изменения технологических параметров.

Нейронная модель технологического процесса реализована в виде трехслойного персептрона, содержащего 5 нейронов во входном слое, 9 нейронов в выходном слое и 25 нейронов в скрытом слое. Входные значения Хтек: температура электролита, уровень металла, значение КО, уровень «шумов», уровень электролита. Выходные параметры (отклики) Yn: концентрация глинозема, объем расплава, частота АЭ, межэлектродное расстояние, расход фторидов алюминия и кальция, расход глинозема, температура кожуха, напряжение.

Алгоритм адаптации модели в диагностической системе заключается в обновлении данных, содержащихся в обучающей выборке, данными, поступающими через интегрированную систему АПГ, и повторном обучении сети в случае, если ошибка диагностики технологической ситуации недопустимо велика. После получения данных диагностики процесса электролиза система выдает рекомендации на управление через АСУТП.

Инерционность процесса идет по некоторым параметрам (составу электролита и концентрации глинозема в линейной зависимости). Впервые система АПГ перестает быть «черным ящиком» для АСУТП электролизера и управление электролизером переходит на новый уровень – появляется обратная связь, т. е. регулирование подачи сырья становится дискретным.

Диагностика технологических состояний используется разработанной системой для выработки рекомендаций по ведению технологического процесса с целью достижения требуемого качества мониторинга. Особенность таких рекомендаций заключается в расчете изменений параметров, которые должны реализовываться одновременно. Этот способ управления процессом электролиза отличается от широко применяемого контроля по нечетким множествам, которые часто приводят к тому, что устранение отклонения одной категории сопровождается ухудшением ситуации из-за возникновения ранее не наблюдавшихся показателей. Отклонение полученных результатов от требуемых значений качества не превысило 5-7%.

2. Физико-химические свойства электролита и состав ионных комплексов стабилизируются при минимальном уровне концентрации глинозема 1,8-2,5% и криолитовом отношении, равном 2,25-2,35, в сочетании с содержанием добавок фторидов кальция и магния 5,5-6,5%, что уменьшает их удельный расход и снижает негативное экологическое воздействие на окружающую среду.

Главным достоинством работы высокоамперных электролизеров на кислых электролитах является снижение температуры ликвидуса, что позволяет вести процесс при низких температурах электролита 948-955оС. В кислых электролитах значительно уменьшается вероятность разряда на катоде ионов Na+, и это благоприятно влияет на величину выхода по току. Следовательно, стабилизация криолитового отношения – одна из основных задач для повышения ресурсосберегающего производства алюминия.

При работе с переизбытком AlF3 в электролите необходимо использовать «песочный глинозем» для решения проблемы улавливания фторидов из отходящих электролизных газов, а также для того, чтобы обеспечить его удовлетворительное растворение в электролите. При загрузке фторированного глинозема газоочисток в анодном слое электролита образуются различные виды оксифторидных комплексов (AlOхFyn - и Al2OхFyn-). Их структуры определяются концентрацией Аl2О3, при этом именно величина КО влияет на величину анионных долей в этих рас­плавах. Изменяется кинетика фторидных комплексов AlFхn - на границе «металл-электролит».

Во время экспериментов на лабораторном электролизере с «кислыми» электролитами в различных динамических условиях доказано, что если работать с концентрацией глинозема в расплаве в пределах 1,8-2,5 %, то можно упорядочить количество и состав образующихся оксифторидных комплексов (стабилизировать координационное число). При высоких значениях концентрации Аl2О3 (более 4,5 %) в за­эвтектической области, образуются сетки алюминий-кислород ионов с включенными в них ионами фтора. Вязкость таких расплавов резко увеличивается особенно с уменьшением КО до 2,1, при этом отмечается преобладание фторидных комплексов над оксифторидными. Также определено, что в условиях повышенной динамики расплава уменьшается температура перегрева электролита на 5-8 оС (рис. 5).

Рис. 5. Зависимость температуры ликвидуса электролита от скорости его движения	Рис. 6. Зависимость температуры электролита при растворении фторированного глинозема

При частичной кристаллизации электролита на поверхности расплава происходит разру­шение оксифторидных комплексов, криолит кристаллизуется отдельно от глинозема и образует твердый раствор, который переходит в настыль и осадок под питателем.