Электролизер для полученияалюминия

бойз ббввтских боцивнистическик Ресотблик:2) 28 Ж.7 оударстввннын комитет 1 ) 11 гс 1 црр делом нзобретеннй н открытий.05,8 5) Дата опубликования оцпсацця 7.05.81. 2) Авторы цзоб)игс и я Иностранцы Хермацц Мойкс (Швейцария) ц Альфред Штурм (ФРГ) Ицостраццая фирма йца 1)ише Алюминиум АГ (Швейцария)2 Изобрстсцце относится к элсктролитцчс. с кому получению алюминия цз криолцтоглицоземпого расплава.В целях получения алюминия электролпзом окиси алюминия послсдшою обыкновенно растворяют в расплаве фторида, состоящего в основном цз криолита (ХаА 1 Рк) . Выделившийся ца катоде алюмиций собирается под расплавом фторпда наугольном дце ячейки, причем поверхцосгь жидкого алюмцция является катодом. В расплав сверху погрукецы аноды, которые в случае обычных способов состоят из аморфного углерода. На угольных анодах за счет электролитического разложения окиси алюмцция кислород соединяется с углеродом ацодов, образуя ОО и ОО. Электролиз проводится в температурцом диапазоне примср цо 940 - 975 С,Наиболее распространены црц цолучсции алюминия элсктролизеры с самоспска 1 огццмися и с обожженными ацодами. Ваццу заполняют фторидцым расплавом - электролитом, в который сверху ввсдсцы аноды, питающие электролит постоянным током. Электролит сверху в пространстве между анодами покрыт коркой цз застывшего расплава, ца которой находится слой из окиси алюминия. Образующийся при электролйзе алюминий цакапливается ца угольном дцс цаццы, причем поверхность слоя жидкого алюминия служит катодом.За счет реакции взаимодействия с выделяющимся при электролизе кислородом аноды изнашиваются снизу в сутки примерцо ца 1,5 - 2 см в зависимости от типа ячс ики. Одновременно подццмается и уровець цаходящсгося в ячейке алюмццця в сутки примерно ца 1,52 см. В течение электро О лиза электролит содержит все меньше окцц алюминия. Прц ццжцсм пределе концеятрациц 12 Ъ по весу окиси алюмицця и электролите имеет место ацодцый эффект;, выражаюпцйся в цсожцдаццом по Б вьпцеции напряжения с цормальцых зцачсццй 4 - 4,5 В до 30 В и выше. Не поздцее этого момента цсобходцмо раздробить корку и повысить концецтраци 1 о алюмиция и) тем добавления ионой окиси алюминия, О Прц нормальном режиме ваццу обыкцовеццо обслукиваот псрподичсски, даже если це имеет места ацодцый эффект;. Помимо этого, как указано выше, в случае ацодцого эффекта цужцо разбить коркх пз за стывшего расплава и повысить коццецтра.цшо окиси алюминия путем добавлсция свежей окиси алюминия, что соответствует приему обслуживания ячейки. Таким образом ацодцый эффект при работе всегда зо связац с обслуживанием ячейки, котороеможцо в 0 лцчцс От Об 11 чцого цазваи, Об(.Ужпваписм цри (аподцйм эфс 1)сте. ПОлучсццый элсктролитичсским путем алюмпций, Н 2 каплиВ 2)ОПиЙся па уГОпНОх 1;цсчсйки, обыкцовсццо один илц цссколшюраз в сутки удал 10 т пз вацпь с 10.Опв)особого выборочного устройства.В целях обслуживания ячейки в тсчсццсмногих лет корку из застывшего расплавамежду аподамп ц боковым буртиком вацццэлектролизсра дробили, добавляя затс .свсжу)о окись алюминия 111. Этот ло сих порсшс широко примсц(пошийся метод критикуется все больше и больше цз-за загр 5)зпсция Воздуха в псхс л,151 элсетролт:с ц Вцсц)ней атмосферы. За послслцис годы возросло требование к герметизации элсктролцзцых Вани, раВПО кае и к Ооработес Огряботат 1 ных газов. Однако полного задср)ка)цяэлектролизцых газов ) аким путсх гграцтировать нельзя. В частности, когдароволцтся обслуживание продольных боковых с)спок между анодами ц боковым оуртцтюмпечей,За последнее время распрострасн с шлучило обслуживание электрол из сра сцецтра по продольной его оси.Так, известен электролизер для по 1 цция алюминия электролцзом криолпто-гл;1 цоземцого расплава, включающий футсроваццую ванну с двухрядным расположением обоРкжеццых анодов и снабженный автоматическим устройством для продавливация корки )1/или загрузки окиси алюминия.Устройство для обслуРсивация электролизсра смонтировапо с возмо)кцостью перемещения вдоль продольной опт по цептру ва 1 цы 12.Опыт обслуживания, электролзеров с(с цтр ),оеасэ0 этп систсь) ОбадаОтсуществсцттыми недостатками, в частности,плохой растворимостью загруженного глинозема, что приводит к образовацию толстого слоя шлама ца лнс ячейки ц образоваци)о твсрдых корок ца лцс ванны по продольной оси катода.При ОбслРкиватиц ваццы с цспра цместе добавления глинозема ооразустсцвпачалс цеизолирующий шлам, которыйпостепеццо может перейти в элсктропзолируюцу)о корку. Это вызывает персг 1 ляр)н.сти в работе элсктролизеров и сокрацециссрока слу)кбы электролизцых ячеек, в часгцости, за счет износа бсковых стенок угол -ного катола. Этот износ является результтом двиэкш 1 ия метал.)3, ВьтзВаппого магцс.измом, которое, в свою очередь, вызываетсместными больними разностями в плотноеи тое. Псгц 10 пзо )стспия я5 ется лх"шее растворсппс добавляемого глинозема,3 также оптимальное распределение плотности тотса в металле с одцовремснцым учетом экономических и экологических аспектов,Для этого процессы сбслуживация чей. 101(И;и3510В 0гг) ки, включа)ощис дробление корки цз:)3- с гывшсго расплава и добавлсцис окиси алн- миция, осуществляют, по меньшей мере, в одной зоцс лля обслужцвация, расположенцой поперечцо к продольной осц ячсйец.Предложецный элсктролизер отлцчас;г От извсст 1 п)ГО элс 1 ктролпзсра с,в хр 5,1- цым расположением ацолов ) сцабжснцого автоматическим устройством лля цро(п)вкц корки ттли загрузки глинозема -.см, ч) между двум 51 сосслцими цо;ами 0;Ного р. ла предусмотрена по крайней мере ол) 51 сЙ)са дя ОбслужиВци 5 элсетрОСи:)сра,стрОЙство,15 п 1 РООивки ео)е 1 иили цо;1- Ц ,)ЦНОЗС)2 УС 31 ОВ 1 СЦО Пал Еа ЕЛ(Й 5) КОЙ 5 чс.Икой. Прсдпотцтсл)и)0, )сог 3 чстцОс число Ячсск Лгя ОбслУРсивацп 51 Образмст цо мсншсй мере одну общую зоцу обслу;цвация, расположенную между юмя парами анодов цо всей ширицс электро,цзср -1 исло таких зо:1 прцмерно (Остзвлст 1,исла анодов.В ОснОВу изгорстсци 5 Были п(ложсцы ОПЫТЫ, ПОКЗЗЫВЯоцИС, Ч 0 ПЕЛСГОООРазпо испо;пзОВт 1 движсцис х)сталла в ясЙес элеетролцзера В пслях 10 сИжсц)51 пт). мальцого раствореци;обвиссцц(го глицозсма. Путем исследования и замера элск)- рох)атитпых полей элсктролц)сроц, работакппих цо принципу оослу кивани с цс)1- ра согласно уровню тсхц)тси, оцрсдслсцо, что в Оольцтипствс спасв в печах;вцж(- ЦИЕ МЕтаЛЛа УВЕЛИЧЦВаетСЯ С Ула )СПИСМ гт продолшой Осц в)п)ы.При обслуживании ванны с центра Об. разуется нейтральная зона, совцадающас осью обслуживания, в то время как основной поток течет вдоль боковых буртцков вапцы. Эти условия тсчсц)5 крайцс цсвыгодцы для удаления отложений глцОзем вдоль оси обслуживания. В этом случае повышается износ боковых оуртиеов; Ол;- жение глинозема в углах ванны.Мсстпос охлаждение ваццы производите ца мсстах Обслуживаци 5 5 чсЙ)си. 1 скмсс)- веццос Ох,ажлепис Ооеовых стс.Ок цсвь)- годно отражается на расходе энергии.Дооавленис фторироваццт)х солей ти)1; 1)Г или МдГ 2 противодействует образов.пи 0 щ)исыпттх услОВиЙ, осеольку и таейм случае увеличивается расстояние мс "у температурами ванны и застьц)апи 5.Путем целесообразных модификаций ц всстцых ванн глицозсм можьо подавать со. гласто изобретению после разлроблси е 0 р 1 ц в р 2 с п и р е ц и ь Й и р 0 м с ж у т 0 е, ц 3 3 ьп ) 1 смый так)ке ячейкой 1) зоной обслуживацц, цо меньшей мере у одной цоперечцой оси. У обычной электрол изцой вццы удаление ДВУХ 2 ЦОДОВ, РЯСПОЛОРСЕННЫХ ОТНОСпСЛЬЦО Продольно оси друг против друга, созлас) возможцость путем псрсмсцсция с)стальцьх анодов получить зоцу для обслуживацп, простирающуюся ца всю иирину ячейки позволяюцу)о полавагь глинозем в направ ч 28979с)ленин, поперечном к печи. Эту моднфикдЕПО расположения диодов 105 си) 0 м 1 твить без отключсия печи.В кддкдои полуееОЙ зонс, п)остирд 10 щейся поперек продольной оси ванны, озможно разоить сорк 5 и загзузе 7 ь ггИнс)зсм,Благодаря оольшому количеству вс)зможностей распол 05 сснгя ясск для 0 л)ЖИ 2 ННЯ ГИНОЗС. МОТКНО ОНТИМЗЛЬНО Н)правлять в активные зоны течения металл.:, 10что обесечиваст быстрое его рдстворснн.Поперечь 00 л) живанем такжешаются естестенныс прис. Пыс условиядля аномиИя у боковых буртнког. Г)ни оразуотея под воздеиствисм цнркуляци мсталла аналогично ваннам с обычным сносб), 05)г 77 ",д;11 сб)ок,) ЧлЛОСТН, ,",СТПОЧТ 7 С.Ь 51 Г ЯСГся располосснис анодов с тремя зонамн обслуживания, простнраоПимнся на сюпрнпу ванны н дпускаюими за счет б )лсМСНСС ЯСИ)СТРН 110 ГО НОЛОЖСНи СН; -соб добдленя глннозсма, обуслдвливдк).щего оптимальн)чо циркуляцию мтялла.Этот предпочтительный ариянт си-. - 25ения обладает в отличие от вапн с оолуЖИВЯЕ 1 СМ ОСНТ,)Д С,7 СД 10 НМН НРС МХ 11 Ствами:- - 6 зонами подачи глинозема;услнчсннс м хлдждающсйверх- Зон)стн;ОЗ 05 СТ 511 ХГ)ДИС)ИКЯ;ЖСшя мсталлд;образоасм с тестснных нрнсмых усгстн; 35-- подачей ггПнозсмд олнжс к с)с)к)ычбуртикдм (двжснис мстдллд);-- улен шенисм рлсстояння мс жду обси)Н )5 ДЯ 1 Н 2 Г)ДОВ РОДО,1 ЬНОМ 111);)ЛСнн 5 чсйкн э,1 сктролпзсря.1,Другим прсимуцеством предлдгдсмогоэлсктролизеря является то, чтос нм 5 книзготавливать специальных анодов, анодных опор или брусьев. Из имеющейся электролнзной вашы, наример, нз работаю 1 цсй 45нд номнальпо) токе 140 кА и осндшсч 1 ойС)ООЖЖСНПЫМН ДНОДЗМН ПЕЧИ ЕГ)50Пялил, по меньшей мере, один какойис)с)анод, нрсдш)чтнтсльпо жс, по мсншпсй мсрс, д 2 ротик)лежащих анода. В здвнснмост от необходимости остальные доды)05 сео псрсдвигат. в моменты остановок иремонтов вдоль анодпого бруса в целях и,учеия ячсск нлн зон для поперечного ослужидиня. хс)лнчсство зоп для обслу;к - 55нация, предпочтительно, соответствует духтрехкратному количеству удаленых а 01 овНад этими зонамн дчя поперсч);ого сбслужиВ 2 ния и:н .)кс В неех .Огут быть н)сдусмотрены общеизвестные явтоматичсскис 00устройства для дроблеепя н/егн полачнглинозема.При регулярно появляющихся вс времяалюминиевого электролиза анодпых эфс) сктов все сщс находящие прпмснсннс дсрс 65 ЕЕЫС:КЕРДН ЛСГКО ЪОЖНО )10 ГРУЖДТЬ В нр)с:к)тк с н 1 срсчьм бс.11 ж 1111 нсм, что означает зндчтельнс блсгчсннс рдб- ты по срзвееееиО Гсл.н Обсл:с 1 нем от центра.Ясс известпыс сиТе)ь для гсрмстнзд- ЦН 51 ЧСйКИ, НЕООХОДН)ЫС НЛН 5 КС,ЗТС;ПНЬС .0 саеПтзры) н;н экОлончсскнм 00 рджсням, принципдльпо прнгоды н для дш с поперечным обслужнгд:Исм..1 а фиг. 1 изобрд;дс,): орзоы длыйязрсз модпфнкапноно 1-14) КА -- Вдн ы опсрсчным облужвасм; нд фнг. 2 -- сртнк лПЬ 1 Й рдзрсзнг)ОДль 10)1 11211 р 1 лсппп ячейки (разрез А - А фнг. 1)..)101 ифицерованпя 5 яцнд 1 (ном шдл- пый ток 140 кА с обо)сснпьв 1 н днодл ми (фг. 1) Выл 01 сеееа жарпроны 1 Пспропу. скаюцпм тепло пзолнрующм мдтспндлом 2 н углеродой облицовкой 3. Элсктролнз ясЙ.2 содср;кпт 12 1 яр 2 ПДОВ (4), к)- Т) ЫС ПО УДЗЛСН Нп ОДОй ПЗРЫ Д НОДО 11, НСРВОаЧаЛЬОЙ Ва)ШЫ ПСРСМСДЮсЯ НС- рсгрупгшровыгдются вдоль по 2 одному русу. Прн это поперек 1 родольной стор)- Оны 5 Р 1 еикн элсстролнзсрд Оорззуюгс 51 пр)- , с;к) ткн -- ясЙси и зоны обсл 5 ивди 51.М112 Д кдждон зонОЙ нгп жс с.рсдммт;)СНО;) Р 00511 ЦСС Устр 01 Ст 0-С 1 ЛСК 1 О, К- ТРОС 10)ССТ ОЬТЬ ОС;ДпСНО ДО 101 итсЛ, - 1 О пода 10 цн.5 Глппозсм хстроством.Ванд зяполненд фторндным рлпл;1- Ом - - электролитом 6. Выдел я кнцн йя ятодс 2.1 юмннпй 7 лс)кнт н 1 уг);ПО;сВанны. ПОВсрхнс ь ) 11 ом 1111 51 л 51 т 51 КЗТОДОМ.В уГЛЕрОдпу 0 ОбсНц)Ю ПСИсри 10 р )- дЛЬПОМу НднрдВЛГЧШО дЫ ДСЛЗЫ ЖсСзнь 1 С кдт 01 нь 1 с Орсья), к 11 1)- т 51 ппый элскт)Ичсский 17 к тсчст из уг;с- )О;НОЙ ОЛНЦОВКН ЗННЫ О СТс)ПРНЫ НЛ)Г.Км.Во фторндпыЙ рлсплдверю погружсы аноды пз аморфного углсродл, н)плющс электролит постояпьм гокм .Аноды 1 Гроч 0 с 1 едннсны с диод 1)1 с)рус)1 11 с. рсз дноднысллнгн 12 и з)мкн 3.Т)с течет от кдтодных б)асье) :н)1 нз ячсск по шиндм (пд чсрсжлх 1: нзс)б)- ра)ксы) к аодному брус; 11 лс.уо;цс й чейкн, От аодного орусд тк течет и ЗНОдным штзнГдъ 1 12, диодам 4 элок)олн О, )кндсом 1 270 пниОнглс;:1)н с)1)- лн;огкс 3 к катодным брусьям 10.Элсктролпт 6 покрыт 1 соркой - нз 31- тывнсГО рзсплаВЗ, нд котоОй;1 ходнГ 51 Ой 15 из окиси 2,710 ни 51. Мс.к)1рс)лнтом 6 и ззстыВ 1 сй соркОЙ 14 ,) Врс 5 работы образуются полости 16. 112 бок 1.; тснках углеродой облипо:кн 3 тдк:;се обрлзуется корка пз здстывпего элсктролнтд, д именно буртик 17, который учдсгвустрегулировке горизонта;пого ряспрострднсння ванны, состоящей нз жнлко;о яломннпя 7 п электролита 6.11 Ясстояниснижней спороны 8 Яод;1 от поверхности 9 алнвИ 51, обозачасмск так)кс и интсрполярной дистанцией, можно изменять путем поднятия или опускания анодого бруса 11 с помощью одъсмных механизмов, монтирующихся на столбах (па чертежах нс показаны). Прн рао 01 гс подъемных механизмов одновременно под- ЦПМЯОТСЯ НЛИ СООТВЕТСТВСНПО ОПУСКЯЮТС 5 вес аноды. Кроме того, каждый анод в отдельности можно регулировать по высоте с помощно прсдусмотрецньх у аодного бруса 11 замков 13.Приводос устройство 19 для дроблен 51 корки со стамеской 20, простирающейся по всей длинс анода, может работать прн ручном обслуживания илн управляться автоматичсск. После дробления корки открываются боковые щитки 21 емкости 22 дл глинозема, тоже простирающейся па всю длину анода, после чего часть загруженного в смкость глинозема 8 вьСыпастся ца раз - дроблспый участок,Хотя глинозем можно загружать в ванну только в местах дробления с поперечным обслуживацнсм, корка 14 всей ячейки покрыта слоем 1) г.Инозема, что обе;ГСчнвяст Оптимальный теплоВой режим Теи,Нижняя часть, боковых буртиков 17, и свою очередь бссшовно переходящих в корку 14, образует у ванн с попсречньв обслуживанием выгодгые приемные условия. 8зоб рстс и. Электролизер для получения алюминия элсктролизом крнолнто-глиноземного5 расплава, вклОчя 0 ций футсровянную ванну ( двухядным расположсисм ооожженных анодс)в н снаб)ке шый автоматическимустройством для пробивкн корки или подачи глинозема, отличающийся тсм,О что, с целью лучиего растворения загружя.смого глиозсма оптималшюго распрсдслс.и 5 Плотности тОке в мста,лс, Г 1)Перскпродольной оси электролизсра хскду дю -.;я соседими анодами одного ряда редусмотрена но крайней мере одна 5 чсйкя,л 51с)белукиваи электролизера, а устройстводля пробники корки и или подачи глинозем 1 установлено над кяясдог якой ягейко.2, Злсктролизер по и. 1, о тл и ч а;о."1 щи йс тем, что чстос числ 5 чсск дл обслуживания образует о меньшей мере одну общую зону оослуживани, расположенн 1 о .скду;в,м 5 Парамяодс)в но всейширине элсктролнзера.Э)сстролизср о . 2, о т л и ч а ю 1 ц и й с 5: см, что в элсктролизсрс рсдусмотрсгн) три общих зс)ы оослужван.Исгочннки фрмацн,рня;ыс во внимание нрп экссртнзсзп 1. Справочник металлурга по цветнымметаллам. Производство алюминия, М.,Мсталлурги 51, 1971, с. 266- 270.2, Патент Швейцарии ЛЪ 488020, кл, С 22с 1 312, опубл. 1970.13 7 гг. Р С оста в и тель Г. Ти говд Техрел И. Пенчкоррсктор Е. Осипова ктор Е. Братчико Иолпис ге кдз 375 Тираж 694 ВНИИПИ Государственного комитета ССС по лелам изобретений и открыгиш 113035, Москва, Ж.35, Раучиская наб., д. 4Загорская типография Упрполиграфизаатд Мособлисполко