Способ упрочнения подины алюминиевого электролизера

(51) С 25 С 3 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СС ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНР И АВТОРСКОМУ СВ(54) (57) СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ПОДИНЫ А 31 ЮИИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА, включающий введение в электролит титана ипи циркония с осаждением 1: на подине тугоплавких соединений титана и циркония, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью снижения степени загрязнения электролитического алюминия, титан или цирконий вводят до содержания их в алюминии 0,5-4,0 мас.Х, после чего вводят соединение бора в количестве, обеспечивающем атомное соотношение бора к титану или цирконию в пределах (2-3):1.31 11358Изобретение относится к цветнойметаллургии, в частности к футеровке электролизеров для полученияалюминия аИзвестен способ футеровки электродов, согласно которому катоды, состоящие из графитовых блоков, покрывают сверху и сбоку слоем боридов,нитридов, карбидов или силицидовметаллов первых подгрупп 4,5-, или 106-ой группы периодической системыэлементов, Покрытия ив указанных материалов на блоки наносят горячимпрессованием Я .Недостатком данного способа является его сложность, т.е, требуется создание специального оборудования для обеспечения горячего прессования, которое с увеличением габаритов катодных блоков должно принщОмать также увеличивающиеся размеры.Кроме того, при выполнении монтажных работ из таких блоков междублоками остаются швы, которые самипо себе резко снижают надежность 25эксплуатации подины,Известен также способ обработкиподины электролизера, согласно которому углеродистую подину покрываютслоем боридов титана, карбидов титана или карбидов кремния толщиной0,1 мм и более путем плазменного напыления 2 ,Недостатками способа являютсясложность оборудования, большие зат 35раты труда при нанесении покрытияплазменным способом. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемо му эффекту является способ упроч нения электродов, согласно которому для получения ,защитного слоя на угольном катоде в электролит вводят тугоплавкий металл (титан или цирконий) или его соединения, 45 Защитный слой из карбидов образуется непосредственно в процессе работы электролизера 13,Недостатком известного способа является то, что при введении в 50 электролит электролизной ванны любых соединений, особенно соединений туголлавких металлов (цирконий, титан, кремний), повышающих защитные свойства подины от воздействия металлического натрия, электролитический алюминий в значительной степени загрязняется. Большое содержание примесей тяжелых металлов в алюминии(более 0,1 Ж) ухудшает электротехнические и литейные свойства алюминия,что делает практически невозможнымиспользование алюминия как товарного продукта.Цель изобретения - снижение степени загрязнения электролитическогоалюминия,Поставленная цель достигаетсятем,что согласно способу упрочне-ния подины алюминиевого электролизера, включающему введение в электролит титана или циркония с осаждением на подине тугоплавких соединений титана и циркония, последние вводят до содержания их в алюминии 0,5- 4,0 мас. Х, после чего вводят соединение бора в количестве, обеспечивающем атомное соотношение бора к титану или цирконию в пределах (2-3):1,Первоначальное введение титана и циркония предотвращает образование карбида алюминия на поверхности по- дины и позволяет реализовать реакцию взаимодействия углерода с титаном,и цирконием с образование, плотного слоя карбидов.Последующее введение бора приводит к взаимодействию бора с титаном н цирконием в объеме жидкого алюминия и высаждению боридов титана и циркония из этого объема на карбидизированную поверхность углеграфитовой поднны. Кристаллы боридов титана и циркония, имеющие удельный вес значительно превышающий удельный вес алюминия, осаждаются под действием гравитационных снл и .температуры, заполняя все неровности на подине спекаются с карбидным слоем, и, таким образом,формируется смешанный защитный карбид- но-боридный слой покрытия на углегра фитовой подине. После снижения содержания титана и циркония в сплаве до 0,01/ за счет выделения боридов получают товарный алюминий.При содержании титана или циркония в алюминии ниже 0,57 образование карбидов титана и циркония на поверхности затруднено из-за пониженной активности титана и циркония, а. при содержании выше 4 Е интенсивно,: выпадают соединения А 1 Т 1;А 3. Ег, что вызывает загрязнение электролитического алюминия.358 Температураопыта, С Расплав,содержащий,Х Время контакта угольного образца с расплавом,ч Опыт 0,5 Х Тд 050 4 Х Ег 950 0,93 Х Т 1 965-9712 48 48 Лабораторный Лабораторный Промышленный Промьппленный 1 известный электролизер)Зе,а е 3 1При атомном отношении бора к титану или цирконию менее, чем 2:1,титан и цирконий частично остаютсяв алюминии, а бориды титана и циркония практически не осаждаются,При соотношении более, чем 3:1,остается свободный бор в алюминии,что также отрицательно сказываетсяна свойствах электролитическогоалюминия,И р и м е р 1, На лабораторномэлектролизере при силе тока 40 Авыдерживают углеграфитовый образецпод катодным металлом (алюминий,содержащий 0,57 Т 1) 2 ч при 1050В образце сделана прорезь шириной1 мм и глубиной 2 мм, Масса металласоставляет 180 г. Катодная плотность тока 1,86 А/см,После этогов сплав было введено 73 г алюминия,.содержащего 0,83 Х бора (атомное соотношение В:Т составило в образовавшемся сплаве 3;1),После пятичасовой выдержки образецизвлекают из ванны. Поверхностныйслой и продукт из йрорези подвергаютрентгенофазному анализу, которыйпоказал наличие в них А 1, ТИ,А 1 Т 1, как на поверхности образца,так и в прорези. В катодном металлесодержание титана снизилось до0,008 Х,П р и м е р 2. В этом же электролизере образец выдерживают под катодиым алюминием, содержащим 4,0 7Ег, 48 ч при 950 . Масса металла180 г. Катодная плотность тока0,87 А/см 2. После этого в сплавбыло введено 205 г алюминия, содержащего 0,83 Х бора (атомное отношение В:Ег в образовавшемся сплаве2,0:), После 10-ти часовой выдержки содержание циркония в сплавеснизилось до 0,007 7. Рентгеноструктурный анализ поверхностного слоя образца и материала из прорези показалналичие в них А 1, 2 гВ, А 112 г.П р и м е р З.В промышленнуюалюминиевую ванну вводят 30 кг губчатого титана, Через 12 ч послевведения титан растворяется в алю О минин и его концентрация в сплавесоставляет 0,93 мас.7 Ванна работает при 965-970 С 2 сут, Затем в ванну вводят бор в виде ВО, загружаемого в смеси с криолитом в электро лит по 5-О кг в сутки. Всего вводят61 кг ВО, что обеспечивает атомноеотношение бора к титану - 2,8:1,Через 8 сут после начала введенияВО концентрация титана в алюминииснижается до 0,008 мас,Х. Ванна супрочненной таким способом подинойпроработает 6,2 года.Результаты опытов приведены втаблице.д Таким образом из примеров видно;что предлагаемый способ позволяетупростить нанесение покрытия изаполнить им швы. Промышленныйэлектролизер с обработанной предлагаемым способом подиной проработалдлительное время - на 1,2 года дольше, чем ванны с необработанной подиной.Использование предлагаемого способа упрочнения поверхностного слояуглеграфитовой подииы алюминиевыхэлектролизеров,по сравнению: с известными обеспечивает снижение материальных, энергетических и трудовых.40затрат возможность повышения каФчества алюминия и срока службы алюминиевых электролизеров.Заказ 0252/19 Тираж 637 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж,. Раушская наб., д. 4/5(или цирконив)в смешанномрасплаве, ат.мас. Лабораторный 3/1Лабораторный 2/1Промышленный 2,8/1Промышленныйизвестныйэлектропнзер) Время Содержаниеконтакта титана (илиугольного циркония)образца со после выдержсмешанным ки, Храсплавом,ч Срокслужбыэлектр оливера,годы