Способ получения алюминия

(19 1)з С 25 С 3/06 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Из-за неравномерности сгорания подошвы анода на ней могут быть раэличнь 1 е выступы, трещины и вогнутые поверхности,С целью выравнивания подошвы анода предложен способ; включающий увеличение межэлектродного расстояния и сжигание неровности на подошве анода, путем увеличения межэлектродного расстояния на.высоту неровности, в район которой навстречу подошве анода подают газ-окислитель в импульсном режиме, Газ-окислитель подают с интервалом 1-3 с под давлением 1-2 атм.Известен способ непрерывного электролитического получения алюминия, включающий изменения рабочего напряжения на электролиэере эа цикл, состоящий из операций засыпки А 20 з, собственно электролиза и разрушения криолито-глиноземной корки. С целью повышения ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(71) Институт электрохимии Уральского отделения АН СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1468972, кл. С 25 С 3/06, 1987,(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ(57) Использование: получение алюминияэлектролизом криолитглиноземных расплавов. Сущность: получение алюминия проводят путем электролиза криолитглиноземныхрасплавов. Способ включает засыпку глинозема на корку электролита, разрушение корки, введение порции глинозема в расплав и Изобретение относится к металлургии цветных металлов в частности получению алюминия электролиэом криолитглиноземных расплавов.Известен способ получения алюминия путем электролиза криолитглиноземного расплава, включающий засыпку глинозема (А 20 з) на корку электролита и подачи глинозема в электролизер путем разрушения криолит-глиноземной корки, удаление угольной пены по мере ее накопления, корректировки состава электролита, При этом способе рабочее напряжение на элеткролизере поддерживается на постоянном уровне 4,1-4,3 В. Анодные эффекты считаются вредными и стараются уменьшить их число и продолжительность, Основным недостатком указанного способа является низкий выход по току 82-88, большие физические затраты на удаление угольной пены. периодическое устранение анодных эффектов, Цель изобретения - повышение производительности и сокращение расхода электроэнергии и анодной массы. Новым является то, что в течение первых 10-20 анодных эффектов поддерживают напряжение не менее 40 В, поднимают анод на 3-5 см и осуществляют введение глинозема и выдержку в течение 2-5 мин., в следующие анодные эффекты поддерживают напряжение 60 В, вводят три порции глинозема и выдержку осуществляют в течение 5-6 мин. при этом дальнейший электролиз проводят при напряжении 3,9-4,3 В. межполюсном расстоянии 13-18 см и криолитном отношении электролита 2,85-3,00, 1 з,п. ф-лы, 2 ил.производительности, снижения удельного расхода электроэнергии и уменьшения трудозатрат во время разрушения корки напрякение на злектролизере увеличивают до значения на 0,15-0,25 В выше, а между операциями разрушения корки уменьшают до значения на 0,15-0,25 В ниже, чем среднее напряжение за цикл.Способ снижает частоту анодных эффектов в 3-5 раз, удельный расход электроэнергии на 400-600 квт ч/т. А.Недостатком указанного способа является низкий выход по току (меньше 90 оь), большие физические затраты труда, незначительная экономия электроэнергии (2-3;ь). Кроме того не снижается расход анодной массы.Известен способ получения алюминия, в котором используются окислы алюминия переменной валентности, в частности субОкись алгомигги 5 г, Указаггная субокись пол" учается в электрсгтермической печи восстагговланием окиси алюминия углеродом, улавливается и загружается в электролизер, где происходит элеггролитическое восстановление А 20 до А.Поскольку электрохимический эквивалент А равен 1,05 против 0,335 для А+, то производительность электролизеоа при пропускании одной и той же силы тока будет в 3 раза выше. Недостатком способа является необходимость строительства дорогой электротермической печи и сложность оборудования по улавливанию субокиси алюминия,Наиболее близким по технической сугцности и достигаемому результату является способ получения алюминия эпектролизом криолитглиноземных расплавов, отличающийся тем, что с целью повышения выхода по току, снижения расхода электроэнергии за счет сокращения частоты анодных эффектов, через 10-30 мин после загрузки очередной порции глинозема периодически поднимагот анод на высоту 0,05-0,2 межполюсного расстояния, выдерживагот анод 5-8 мин в этом положении, после чего опускагот в исходное положение, причем продолжительность паузы между подъемами анода составляет 0,15-0,5 периода между обработками элегтролизера,Целью предлагаемого изобретения является увеличение производительности электролизера (в 1,4-2,7 раза), снижение расхода электроэнергии (на 7000 гвтУчас), уменьшение расхода анодной массы,Указанная цель достигается за счет использования энергии анодного эффекта для осуществления реакцииА 20 з+С -А 20+СО,10 15 20 30 :1", 40 л 5 50 55 которая может быть осуществлена при температуре не ниже 2500 С.Получаемый по этой реакции субокисел алюминия А 20 растворяется в электролите и в дальнейшем происходит его электрохимическое разложение на алюминий и кислород,При электролизе А 20 количество получаемого алюминия будет в 3 раза выше при прохождении одной и той же силы тока через электролизер.Кроме того напряжение разложения А 20 в криолите с угольным анодом равно 0,7-0,8 В, что меньше чем у глинозема на 0,8-0,9 В.Нашими исследованиями установлено, что зависимость удельной электропровод- ности от криолитного отношения, для расплавов, содержавгих смесь с субокисью имеет сложный характер, При криопитном отношении З,т,е, в природном криолите (ИазАРс она значительно выше удельной электропроводности криолита, как чистого, так и содержащего глинозем (2,8-3 Омсм), а при криолитном отношении 2,7 и 2,5 наоборот, раза в 2-3 ниже соответствующих величин для чистого криолита и гриолит-глиноземньгх расплавов (1,5-1,6 см для к,о,=.-2,7 и 50 субокиси и 0,7-0,8 Ом,см для к,о, 2,5),При криолитном отношении 2,85 удельная электропроводность равна 2,5 Ом см ",Поэтому ггеобходглмо поддерживать криолитное отношение вьпгге 2,85,При электролизере субокиси алгоминия, игги соединения одновалентного алюминия экономия электроэнергии будет за счет 3 факторов: за счет эпектрохимического коэффициента А 20, который в 3 раза выше чем у Аг 20 з; за счет повышенной электропровод- ности; за счет более низкого напряжения разггожения,В то же время некоторое количество электроэнергии, необходимо затратить на получение А 20 в электролизере за счет вышеуказанной реакции.Общая зкономия электроэнергии составит 7000 КВт/ч на 1 т алюминия,Для получения А 20 в электролизере за счет энергии анодного эффекта необходимо произвести следующие технологические операции,. Операция подготовки анода и электролита.Один раз в сутки не обрабатьгвая злектропизеры, т.е. не погружая глинозем в электролит, дождаться анодного эффекта, который должен быть 40 Б, в момент анод- наго эффекта поднять анод на 3-5 см, пробить коргу на одной из сторон, погрузить10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 глинозем в электролит, прогреть электролизер в течение 2-2,5 мин и ликвидировать анодный эффект обычными методами. Перечисленную последовательность операций надо производить 10-20 раэ постепенно увеличивая длительность анодного эффекта до 4-5 мин. При анодном эффекте напряжением 40 В и длительностью 4-5 мин.происходит обжиг подошвы анода и ее поверхность становится строго горизонтальной, кроме того изменится злектропроводн ость за счет появления более электропроводных ионов А, постепенно увеличится межэлектродное расстояние., Реакция восстановления глинозема углеродом до субокиси происходит в момент анодного эффекта при следующих параметрах. В момент анодного эффекта поднять анод на величину, обеспечивающую напряжение 60 В, пробить одну из сторон и загрузить глинозем в 1,5-3 раза больше обычного, при анодном эффекте прогреть ванну 5-6 мин и погасить анодный эффектс помощью гасильного шеста). Установить рабочее напряжение 3,9-4,3 и межзлектродное расстояние 13-18 см,После гашения анодного эффектна сделать полную загрузку глинозема на корку электролизера, окучить анод и собрать глинозем с рабочих площадок,Осушествление реакции А 20 з+2 С -А 20+2 СО идет за счет расходования анода и мелкодисперсного углерода в электролите, т.е, угольной пены, поэтому электролит очищается от углеродистых частиц, что значительно повьшает злектропроводность электролита,Таким образом использование анодного эффекта для прохождения реакцил частичного восстановления глинозема до субокиси обеспечлвает увеличение производительности от 1,3 до 3 раза, в зависимости от количества анодных эффектов в сутки, снижается расход электроэнергии и анодной массы, уменьшаются трудозатраты за счет исключения операции снятия угольной пены,Если не проводить последовательность операций предлагаемых нами, то без подготовки анода и электролита (выравнивание анода, уменьшение количества углерода в электролите, увеличение электропроводности) выдержка электролизера на анодном эффекте приведет к перегреву электролита к выходу на "горячий ход", т.е. к грубейшему нарушению технологии, В свою очередь подготовка анода и электролита, т.е. выравнивание подошвы анода и увеличение электропроводности эа счет очистки электролита от пены беэ операции восстановленияА 20 з до А 2 О за счет анодного эффекта приведет к незначительному увеличению выхода по току как следствие увеличениямежполюсного расстояния.Расчеты показывают, что использование одного анодного эффекта в сутки позволяет увеличить производительностьэлектролизера на 600-700 кг, что увеличивает производительность электролиэера в 1,3раза,Электролиз А 20 требует расхода угольного анода в 3 раза меньше, чем обычно,поэтому общий расход анодной массы значительно снизится, Кроме того резко уменьшаются амортизационные отчисления,расход фторсолей и других материалов, кроме глинозема,Для выдержки электролизера на анодном эффекте 5-6 мин, при напрякении 60 В,потребует увеличения запаса напряженияна серии, т,е, установки меньшего количества электролизеров, на 5-10 единиц в серии.Но оставшиеся электролизеры будут иметьпроизводительность в 1,3-3,0 раза выше чемобычные, поэтому будет общее повышениепроизводительности серии в 1,2-2,5 раза,П р и и е р 1, В алундовый тигель диаметром 50 мм и высотой 80 мм загрузиликриолит весом 52,5 г (0,25 моль), расплавилии выдержали при температуре 1035 С в течение 0,5 ч, опустили 2 молибденовых электрода площадь о 2,56 см, расстояниеммежду ними 20 мм. Измерения электропроводности проводили по схеме моста совстроенным блоком образцовых сопротивлений 1,0 Ом и при силе тока 0,5 А, Дляискл.очения влияния термоЭДС на результаты измерения с помощью переключателяизменялось направление тока в сети и повторялась измерение, Среднее арифметическое из результатов 2 или 3 независимыхоов ринаось за сопротивлениеэлектроллта при заданной температуре исоставе расплава. Для чистого крлолита ск.ог 3, удельная электрапроводность составила 3,0 Ом смРасчетная относительная ошибка измеМаРрения составляла 3,5 Я, М.О ) равнымАГз3: 2,5.криолит глиноземныерасг 1 лаВы с 5 о А 203криолит с добавкой, смеси субокиси,Результаты измерений даны на фиг,1,Зависимость удельной злектропроводности от криолитного отношения для рас 1772219плавов, содержащих смесь с субокисью имеет сложный характер,При криолитном отношении 3 она значительно выше удельной электропроводности криолита, как чистого так и содержащего глинозем, равно 5 Омсм при 1030 С, а при криолитном отношении 2,7 и 2,5 наоборот ниже соответствующих величин для обычного электролита.Наиболее предпочтительным считаем криолитное отношение 2,85-3.П р и м е р 2. В графитовый тигель установили алундовый цилиндр с внутренним диаметром 43 мм й высотой 100 мм, наплавили 210 г криопита с отношением Иа"А ЕзКатодом в ячейке слухил графитовый тигель, анодом - графитовый стержень, внутри которого помещалась хромель-алюмелевая термопара в алундовом чехле, Температура в печи поддерживалась 940-1000 С. После наппавления электролита в него опустили 4 г А и выдержали 20 мин, затем в электролит загружали смесь, содержащую субокись алюминия и пропускали постоянный ток силой 12 А, в течение 20 мин. Затем содержимое ячейки вылили и графитовый конусный стакан. Из застывшего электролита извлекли королек алюминия, отмыли от электролита и взвесили. Прибавка веса, за вычетом растворенного алюминия составила 3,4 г, а общий вес 7,2.Выход по току из расчета на одновалентный алюминий составил 84 О, а из расчета на 3-валентный 252;ь ипи увеличение производительности в 2,5 раза.В дальнейших опытах, сила тока изменялась от 3,5 до 18 А, что соответствовало плотности тока 0,33-1,96 А/см,Зависимость выхода по току от плотности тока при электролизе окислов алюминия в пересчете на 3-вапентный алюминийпоказана на фиг.2. Таким образом наибольший выход по току получен в интервале плотностей тока 0,6-0,9.А/см,П р и м е р 3, На промышленном электролизере (СБ им С 8 БМ) на силу тока 157- 160 КА не обрабатывали (не взламывали корку электролизера) до возникновения анодного эффекта, который должен быть не менее 40 В, с помощью подъемного механизма поднимали анод на 3-5 см, пробивали корку на одной из сторон электролизера, погружали ее вместе с глиноземом в электролит, выдерживали электролизер на одном эффекте 40 В в течение 4-5 мин и ликвидировали анодный эффект, например с помощью деревянной рейки. Указанную последовательность работ выполняли наэлектролите от 10 до 20 раз в течение 10-30дней,За это время подошва анода стано 5 вилась строго горизонтальной, а вэлектролите отсутствовала пена,электропроводность электролита повысилась.После проведения подготовительной10 работы по выравниванию анода в моменточередного анодного эффекта делали паузув течение одной минуты, затем поднимали(поддергивали) анодную рубашку до полного обваливания корки в электролит, которую15 растворяли в течение одной-двух минут(приблизительно 600 кг), затем выдерживали на анодном эффекте еще 2-3 мин и ликвидировали анодный эффект гасильнымшестом. После этого устанавливали межпо 20 люснае расстояние 13-18 см, т.е, напряжение 3,9-4,3 В и засыпали 500-600 кгглинозема на обе продольные стороны.Производительность электропизераувеличилась до 2100-2200 кгсутки против25 1170-1200, при обычной технологии,П р и м е р 4. На промышленном злектролизере по примеру 3 после подготовительной работы по выравниванию анода вмомент очередного анодного эффекта при30 напряжении 60 В делали паузу в течениеодной минуты, затем поднимали (поддергивали) анодную рубашку до полного обвапивания корки в электролит, которуюрастворяли в течение одной минуты (при 35 бпизительно 600 кг), затем выдерживалиеще 3 минуты на анодном эффекте и ликвидировали анодный эффект гасипьным шестом. После этого устанавливалимежполюсное расстояние 18 см, напряже 40 ние 4,3 В и засыпали 600 кг глинозема наобе продольные стороны. Производительность электропизера увеличивалась до 2200кг/сутки. П р и м е р 5. На промышленном электролизере по примеру 3 после проведения подготовительной работы по выравниванию анода в момент очередного анодного эффекта при напряжении 60 В делали паузу в течение одной минуты, затем поднимали (поддергивали) анодную рубашку до полного обваливания корки в электролит, которую растворяли в течение 2 мин (приблизительно 600 кг), затем выдерживали еще 3 мин на анодном эффекте и ликвидировали анодный эффект гасильным шестом. После этого устанавливали межполюсное расстояние 13 см, напряжение 3,9 В и засыпали 550-600 кг глинозема на обе продольные стороны, Про.О ЮО 1010 Ю 50 1050 Температра расплава Фиг,1 сть удельной.зле различного сост ыи криолит с к,о ый криоллт с к.о лит + Ь о А 1 р 03 е 4 - криолнт С к, лит с к.о, = 2,7 лит с к.о, : 2, 5 ктропповодности ава от температ3 зависим криолит а - чис в - чис 1о+ 5 изводительность электролизера увеличивалась до 2100 кг/сутки,Применение предложенной технологии позволит получить экономический эффект за счет увеличения производительности электролизера снижения расхода углерода и электроэнергии.Формула изобретения 1, Способ получения алюминия, включающий электролиз криолитглиноземных расплавов, засыпку глинозема на корку электролита, разрушение корки, введение порции глинозема в расплав и периодическое устранение анодных эффектов, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения производительности и сокращения расхода электроэнергии и анодной массы, в течение первых 10-20 анодных эффектов поддерживают напряжение не менее 408, поднимают анод на 3-5 см и осуществляют введение 5 глинозема и выдержку 2-5 мин, в следующиеанодные эффекты поддерживают напряжение 60 В, вводят три порции глинозема и выдержку осуществляют в течение 5-6 мин, при этом дальнейший электролиз проводят 10 при напряжении 3,9-4,3 В, межполюсномрасстоянии 13-18 см и криелитном отношении электролита 2,85-З,ОО,2. Спосабпоп,1,отличающийсятем, что элактролиз осуществляют с 2-3 15 анодными эффектами в сутки.1772219 2,0 сть выхода по току от плотности тока прииэе окислов алюминия ( в пересчете на 3-хй алюминий)электролизе глиноэема; 2 - при электролиэеодержавшей субокись; 3 - по литературныма работы меси,сточни Составитель О, Голыжниковаедактор Техред М,Моргентал Корректор О. Кравцо роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина. 10 г.2. Зависимэлектровалентны1 - при каз 3817 Тираж П ВНИИПИ Государственного комитета по изобретения 113035. Москва, Ж-ЗБ, Раущская нписное открытиям при ГКНТ ССС , 4/5