Способ определения потерь фтора при электролизе алюминия

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ 3 зСТВУ Союз СоеетскикСоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 0902,81(21) 3246136/22-02 Р 11 М К,.1 з с присоединением заявки Мо С 25 С 3/06 Государственный комитет СССР по делам изобретений иоткрытийОпубликовано 300782 Бюллетень Мо 28 Дата опубликования описания 30,07.82Армянский научно-исследова и проектный институт.цветя 71) Заве ител льский металлургии 4) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕРЬ ФТОРА ПРИ ЭЛЕКТРОЛИЗЕ АЛ(ОМИНИЯ 5 15 2 ые раэ 3 Изобретение относится к электролитическому получению металлов злект ролизом расплавсв, в частности к про .изводству алюминия и может найти применение для контроля .технологических параметров процесса электролиза алюминия.Известен расчетный метод оценкивеличины удельных. потерь фтора, согласно которому одним иэ источников фтористого водорода является гидролиз Фтористых солей..г/З(итаг ЛХР )+Н О=1/ЗАЕ,О +2 НГ+ +2/ЗпИаР.Если глинозем, вводимый в электролит, содержит 0,1влаги, то согласно составу равновесной газовойсмеси для криолита - 10,2 (объемн.) НР, 89,2 (объемн.) Н 20 - потери Фтористого алюминия (йа тонну металла) составляют 0,34 кг, что в пересчете на фтор ( в виде НР) составляет 0,23 кг/т.Кроме глинозема, источником поступления влаги в электролит служит водород и метан, образующиеся при коксовании анодной массы. В частности, пары воды, полученнпо реакции Н 2.+ СОХ= Н 20 + СОР лагают фтористый алюминий и приво- дят к потерям Фтора (ввиде НГ)с равньаи 13 кг на тонну металла. В эту величину потерь фтора входят и ,потери, обусловленные реакцией влаги, поступившей в ванны вследствие подсоса воздуха под корку электролита с фторсолямиз Суммируя эти данные, полученные расчетным путем, определяет величину удельных потерь фтора (Р)Р=0,23 кг+13 кг=13,23 кг/т М Г 13Такой способ оценки удельных потерь фтора в виде НГ ие дает воэ" можности раздельно определить потери, вызванные реакцией пирогенической влаги и влаги подсасываемого воздуха с фторсолями.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ определения удельных потерь Фтора, согласно которому величина удельных потерь фтора слагается из потерь Фтора (в виде НР) в газах организованного отсоса - 15,7 кг/т Ас и из потерь фтора в газах, удаляемых через фонарь - 1,44 кг/т АВ. В среднем на тонну алюминия расходуется 17,14 кг фтора (в виде НР). Этувеличину рассчитывают на основании концентрации Фтористого водорода в газах, отсасываемых из электролизного цеха. При этой учитывается так-. же концентрация фтористого водорода в газах, удаляемых через Фонарь электролизного корпуса, а также количество отсасываемых газов 2.Недостатком известного техничесного решения является то, что,опреде. ляя общие потери, невозможно опре делить величины отдельных составляющих, вызванных реакцией влаги исходного сырья, пирогенической влаги и влаги воздуха подсасываемого под корку электролита с фторсолями. Кро ме того, определенные указанным способом общие потери Фтора не соответствуют реальным потерям, Сказанное объясняется тем, что часть .потерь Фтора не поддается учету ввиду того, 20 что отсос электролизных газов осу(ществляется не в герметичньх условиях, Примерный расчет показывает,1 что объемная скорость выделения анодных газов для ванн средней мощности 25 равна л 16,74 м /ч. При существующей3вентиляционной системе на том же алю миниевом заводе из-под перекрытия .одной ванны отсасывается 7000 м /ч,У газ опылевоздушной смеси, что в 30 418 раз (7000:16,74) превышает общее количество анодных газов. Таким образом, при определении концентрации фтористого.водорода по из,вестному способу в таком разбавлен ном, в 418 раз газе неизбежны ошибки, а это приводит к совершенно искаженным и к тому же усредненным значениям удельных потерь фтора.40Определение таких ориентировочных, усредненных значений удельныхпотерь Фтора не позволяет установить его связь с другими технологическими параметрами алюминиевогоэлектролизера, не позволяет судитьо работе каждого отдельного электролизера в электролиэном цехе.Цель изобретения - повыщение точности контроля предыдущего передела.Поставленная цель достигается тем,что способ определения потерь Фтора при электролизе алюминия, включающем отбор пробы газа и определениев ней концентрации фтора, пробу газаотбирают в герметичных условиях,дополнительно определяют в ней концентрацию СО , а расчет удельных потерь фтора производят по уравнениюСР=К ) .60где Р " удельные потери фтора в виде НР, кг/т АЕ;С - концентрация фтора в видеНГ в уробе анодного газа,кг/нм 65 а - концентрация СО в анодномгазе в долях едйниц;К - постоянная величина, равная23510 ЭПредлагаемый способ определения потерь фтора в .виде НР позволяет определить потери фтора вызванных реакцией пирогенической влаги (т.е, влаги, образованной вследствие реакции водорода с анодными газами) с фторсолямиН+СО+2/3 (пИаР АЕР ) =1/ЗАЙОз+( +2/ЗпИаГ+СО.Как показали исследования, источником доступа водорода в зонуэлектролиза является крекинг углеводородов, образованных при коксовании анодной массы. Кроме укаэанных потерь, в общие пбтери фторавходят также потери вызванные реакцией влаги исходнсго сырья и влаги воздуха подсасываемого под коркуэлектрслита.с фторсолями,Допустим, что концентрация Фторав виде НР (в кг/нм ) в Я количествеотобранного в герметичных условиях.анодного газа равняется С, тогда,зная объемную скорость (нм /ч) вы 3деления анодных газов (Я), получимчасовое количество потерь фтораЬР = С я. Согласно закону Фарадея,при выходе по току, равном , часовая производительность алюминиевогоэлектролизера (в тоннах) будет равнятьсяО 336106При часовой производительности алюминиевого электролизера, равной ш, теряется ЬР количество фтора, при получении же одной тонны металла. будет теряться Р количество фтора:Р 10Р --- , -Ош О) 336 1)Согласно этой Формуле для определения величины Р необходимо определить также значение Ц. При силе тока 1, концентрации СО и СО (в долях единицы)а и в соответственно и выходе по токуопределим часовое количество анодных газов. С этой целью сначала определим теоретическое часовое количество кислорода по формуле, вытекающей из закона Фарадея:т 5 б 1оа 2 б,8 1000Вследствие обратной реакции электродных продуктов2 АЕ+ ЗСО = АЕ,О+ ЗСО.За один час теряется металлакгЬв = 0,33610 1(1-3 ) .947228 Согласно этой реакции потери кислорода, связанного в СО з, составляютСОа 1 5 22 4 -3ооо:-д - , - -о ззо 1 о 1-5.Оъ 227Практическое же количество кислорода Ч ,входящего в состав конечного5 анодного газа, будет равнятьсяК тСО 2Ч 0 = Чс.- дЧПодставляя соответствующие значения получим55. 1 о- з 1 5, 2 2 4 1 о0. 26,8 2.27о10- (1 -П),После соответствующих преобразований получимЧои 0 20741 Г Г) 15 Одному кубическому метру анодногоЪ газа соответствует (а + -) м кислои2рода, а Ч 0 количеству кислорода будет соответствовать Ц количество анод ного газа-3 11Ц = 0,415 10 Подставляя полученное значение Цв формулу для удельного расходафтора, получим- сР = 1,235 101+а ,или, принимая 1,235 10 =К, получимР=К1+агде Р - удельные потери фтора в видеНГ, кг/т А 8;а - концентрация СОз в анодномгазе в долях единицы;с - концентрация фтора в видеНР, в пробе анодного газа,кг/нмК - постоянная величина, равная1235 10 40Таким образом, для расчета удельных потерь фтора необходимо определить концентрацию Фтора (С) ввиде НГ и концентрацию СО 2 (а) впрсбах анодного газа, отобранных 45непосредственно на промышленном с (НГ) М проб анодного газа а (СО) 0,00805Оо 00815 0,670 Оо 671 Оо 672 О, 00810 В среднем иэ трехпроб 0,00810 0,671 в ней концентрации фтора, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с цельк повышения точности контроля предыдущего передела, пробу гаэа отби рают в герметичных условиях и доФормула изобретения Способ определения потерь фтора1 при электролизе алюминия, включающий отбор пробы газа и определения электролизере гри работе его с одним огоньком, те. в герметичных условиях при отсутствии доступа воздуха в электролиэер. При этом а+Ь=1,П р.и м е р . Пробы газов отбирают из одного и того же электролизера в течение 30 мин. Отбирают 3 пробы анодных газов при работе электролизера в герметичных условиях, т.е. при работе его одним огоньком. Пробы газа отбирают аспирационным методом. С целью исключения возможных искажений напорную жидкость аспиратора и его стеклянные стенки заранее насыщают фтористым водородом. В каждой отобранной пробе определяют концентрации СО (а) )и фтора в вйде НГ (с), Полученные данные сведены в таблицу.Представляя соответствующие значения в укаэанную Формулу для удельных потерь Фтора в виде НГ получа" ем О = 1,2 З 5 1 О вв 5,5 З 2 / ОО.0 00811+0,671Такое количество фтора теряется вследствие реакцииН +СО+2/3(пМаР АФР ) =1/ЗАИО ++2/ЗпйаР+СО.,Использование изобретения поэзо" ляет точно определить величину удель. ных потерь фтора в виде фтористого водорода, вызванного реакцией пирогенической влаги с Фторсолями. Это дает воэможность связать определяемый параметр с другими технологическими параметрами процесса электролиза и вести процесс при наиболее оптимальном технологическом режиме с высоким выходом по току металла. Таким образом, предлагаемый 1 способ позволяет сэкономить значительные средства, связанные с уменьшением потерь фтористых солей (годовая экономия фтора в виде МР составляет 435 т на 100000 т А 6)Заказ 5551/41 Тираж 686 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 полнительно определяют в ней концентрацию СОа,ф а расчет потерь фтора от взаимодействия с пирогеничес.кой влагой производят по уравнению где Р - удельные потери фтора в, виде НР, кг/т А 6; С " концентрация фтора в виде НР в пробе анодного газа, кг/нм у 8а - концентрация СОй в пробеанодного газа в долях единицы;К - постоянная величина, равная1,235 10Источники информациипринятые во внимание при экспертизе1. Баймаков Ю.В. и др. Электролиэрасплавленных солей. М Металлургия, 1966, с. 411,1 О 2. Баймаков Ю,В. и др. Электролиз расплавленных солей, М., фМеталлургия, 1966, с.481,