Повышение эффективности электролиза алюминия на основе оптимизации распределения микропримесей в системе "Электролит - катодный алюминий" (стр. 4 )

Во второй серии опытов при использовании систем АПГ и АПФ также наблюдаются существенные колебания технологических параметров процесса электролиза. В то же время при использовании систем АПГ и АПФ  процесс протекает с несколько меньшими отклонениями технологических факторов, чем при поточной обработке электролизера с разовой загрузкой AlF3 на корку электролизера (таблица 5).

Таблица 5

Дисперсия  ряда технологических параметров  процесса электролиза

№	Режим подачи  Al2O3 и AlF3	Na	Ca	CаF2	К. О.	Т
1	Раздельное питание (без АПГ)	441,9	174,3	0,0424	0,00247	6,3
2	Раздельное питание (с АПГ и АПФ)	194,2	110,6	0,0125	0,000394	11,6
3	Совместное питание (без АПГ)	164,0	106,4	0,0274	0,000416	5,6
4	Совместное питание (с АПГ)	163,5	43,2	0,0065	0,000111	2,9

В последующем эксперименты проводили при одновременной и непрерывной подаче смеси фторида алюминия и глинозема; предварительно исходные продукты загружали в смеситель, где происходило тщательное перемешивание. Для электролизеров без АПГ (третья серия опытов) приготовленная смесь поступала в ванну согласно технологическому графику обработки и питания электролизера: осуществлялось пробивка криолит-глиноземной корки, затем происходила засыпка смеси из бункера, установленного на машине для питания электролизеров.

При использовании системы АПГ (четвертая серия) приготовленную смесь засыпали в бункер непрерывной подачи, расположенный над электролизером. Последующее питание осуществлялось из бункера, после пробивки криолит-глиноземной корки смесь из дозатора поступала в электролизер, система АПФ была отключена.

При непрерывной подаче тщательно перемешанной смеси фторида алюминия и глинозема в микрообъеме криолит-глиноземного расплава создаются благоприятные условия для поддержания постоянного и заданного значения К. О.; температура электролита и перегрев его поддерживаются в стабильном режиме, масса и толщина гарнисажа остаются также постоянными. При этом содержание микропримесей изменяется более плавно в незначительных интервалах, что очень важно для поведения кальция и натрия.

В двух последних сериях опытов значения дисперсии содержания натрия уменьшались в 3-5 раз, кальция в 2-4 раза, фторида кальция в 2-7 раз, температуры электролита в два раза, а криолитового отношения – на порядок.

В соответствии с предла­гаемой нами концепцией корректировка состава электролита проводится путем автоматического ввода дозированного в соответствии с алгоритмом (2) количества фтористого алюминия в бункер с глиноземом непосредственно перед дозагрузкой бункера глинозе­мом. Таким образом, минимизируются потери фтора, происходящие за счет гидролиза фторида алюминия и улетучивания фтористого водорода (свобод­ный фтористый водород абсорбируется глиноземом).  В конечном итоге, электролиз протекает при заданном и постоянном К. О. и стационарном температурном режиме, что способствует повышению технико-экономических показателей процесса - увеличению выхода по току, снижению расхода электроэнергии и фторида алюминия, понижению содержания натрия в катодном металле и возрастанию срока службы электролизеров.

В Ы В О Д Ы

1. На основании аналитического обзора литературных данных показано, что оперативным технологическим решением увеличения срока службы электролизеров является снижение перехода натрия в катодный алюминий и подину.

2. В лабораторных условиях изучено распределение микропримесей (натрия, кальция, магния, лития) в алюминии при его взаимодействии с криолитом в неравновесных условиях и при электролизе криолит-глиноземных расплавов. Экспериментально подтверждено влияние снижения К. О. на уменьшение содержания натрия в алюминии. Одновременно выявлено каталитическое воздействие фторида кальция: при содержании в электролите более 3-4% AlF3 концентрация натрия в металле и в образцах катодных блоков резко возрастает. Добавки фторидов магния и лития оказывают положительное влияние на снижение концентрации исследуемых примесей в алюминии.

Установлено, что примеси из электролита предпочтительно переходят в более чистый алюминий; определены кинетические характеристики взаимодействия алюминия с криолитом.

3. Сформулированы модельные представления о взаимодействии фторида алюминия с фторидами щелочных металлов. Рассчитаны активности компонентов электролита, что позволило определить зависимость давления пара натрия от состава расплава и объяснить переход натрия в катодный металл и подину.

4. Определено изменение технологических параметров процесса электролиза при разовой загрузке  фтористого алюминия в ванну. С целью повышения технико-экономических показателей процесса электролиза предложена одновременная и непрерывная подача перемешанной смеси фторида алюминия и глинозема в электролизер, что позволяет поддерживать в макрообъеме криолит-глиноземного расплава постоянные и заданные значения криолитового отношения и температуры, а также содержание натрия в катодном алюминии.

5. Статистическая оценка перехода примесей в алюминий  в заводских условиях при его электролитическом производстве показала зависимость между содержанием Na и Mg и Ca и Mg (коэффициенты корреляции  0,76-0,81). В условиях электролитического производства алюминия выявлена корреляция между содержанием натрия в алюминии и концентрацией кальция в металле и фторида кальция в электролите.

6. Выполненный комплекс теоретических и прикладных исследований позволил предложить ряд технологических рекомендаций (снижение содержания фторида кальция в криолит-глиноземном расплаве до 3-4%, непрерывную и одновременную подачу смеси оксида алюминия и фторида кальция в электролизер), которые при прочих равных условиях позволят снизить переход натрия в алюминий и катодные блоки и существенно увеличить срок службы электролизеров.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Макушин взаимодействия в системе криолит – алюминий  в неравновесных условиях / , , // Сборник докладов семинара “Промышленные печи и высокотемпературные реакторы”. РЕСТЭК. СПб., 2006. С. 69-73.

2. Макушин взаимодействия алюминия с натрием в присутствии электролита алюминиевых ванн /, , //Цветная металлургия,  2006. № 5. С. 27-29.

3. Макушин примесей в алюминиевом катоде в зависимости от технологических факторов // Записки СПГГИ. Спб, 2006. Том 170. Часть 1. С. 162-165.

4. О переходе натрия в алюминий при его производстве / , , . Там же. С.82-87.

5. Макушин оценка перехода микропримесей щелочных и щелочно-земельных металлов в алюминий при электролитическом получении алюминия /, , // III Междунар. НПК "Металлургия легких металлов. Проблемы и перспективы". МИСиС. М., 2006. С.71-74.

6. Ратнер щелочных и щелочно-земельных металлов в катодном металле как диагностирующий параметр состояния алюминиевого электролизера / , , -сандровский, // Цветная металлургия, 2004. №9. С. 21-24.

7. О возможности образования фуллереноподобных наноструктур при электролитическом получении алюминия / , , // Международная науно-практическая конференция "Металлургия легких металлов. Проблемы и перспективы". МИСиС. М., 2004. С. 167-168.

8. Ратнер представления о взаимодействии фторида алюминия с фторидами щелочных металлов. / , , // Материалы Междунар. научно-практ. конф., посвященной 75-летию ВАМИ "Ресурсосберегающие и природозащитные технологии в производстве глинозема, алюминия, магния и сопутствующей продукции". -ВАМИ. СПб, 2006. С.101-114.