BR112013029925B1

BR112013029925B1 - métodos para iniciar uma célula eletrolítica para produção de alumínio

Info

Publication number: BR112013029925B1
Application number: BR112013029925-8A
Authority: BR
Inventors: Robert Cayouette; François Laplante
Original assignee: Rio Tinto Alcan International Limited
Priority date: 2011-05-25
Filing date: 2012-05-18
Publication date: 2021-01-12
Also published as: WO2012174641A1; US20140076733A1; CA2833903C; RU2013157540A; AU2012272533A1; CA2833903A1; CA2741112A1; AU2012272533B2; EP2739769A4; EP2739769B1; BR112013029925A2; CN103547710A; RU2607308C2; AR086551A1; US9631289B2; EP2739769A1

Abstract

PARTIDA DE CÉLULA SECA DE UMA CÉLULA ELETROLÍTICA PARA PRODUÇÃO DE ALUMÍNIO. A invenção refere-se a um método para ligar uma célula eletrolítica (20) para a produção de alumínio, que tem um bloco de catodo (26) com uma superfície superior (32), o método compreendendo: dispor um material de resistência de contato (46) sobre a superfície superior (32) do bloco de catodo (26); abaixar uma pluralidade de anodos (28) para topar no material de resistência de contato (46); encher a célula eletrolítica (20) e cobrir os anodos (28) com um material de eletrólito sólido (72) que compreende um material de banho eletrolítico moído, criolita, ou suas misturas; fornecer uma corrente elétrica para os anodos (28) para pelo menos parcialmente fundir o material de eletrólito sólido (72) e levantar os anodos (28) quando uma profundidade predeterminada de material de eletrólito fundido foi alcançada.

Description

MÉTODOS PARA INICIAR UMA CÉLULA ELETROLÍTICA PARA PRODUÇÃO DE ALUMÍNIO

CAMPO DA TÉCNICA

[0001] O campo da técnica refere-se à partida de uma célula eletrolítica para produzir alumínio, quando ligando uma nova célula eletrolítica a qual nunca esteve em operação ou após um desligamento e religação ou uma renovação de uma célula eletrolítica.

FUNDAMENTOS

[0002] Durante uma operação de uma célula eletrolítica para produção de alumínio, o bloco de catodo torna-se danificado e precisará ser substituído. Este é um procedimento normal o qual tipicamente acontece após diversos anos de operação. Durante a reconstrução de uma célula eletrolítica o que pode tipicamente consumir aproximadamente um mês e recursos significativos, a célula eletrolítica fica fora de produção. Independentemente da razão para a ligação de uma célula seja uma reconstrução ou uma ligação de célula nova, é de interesse minimizar o impacto de qualquer tempo parado e colocar a célula em operação logo que possível.

[0003] Antes de colocar uma célula eletrolítica em operação, o bloco de catodo deve ser preaquecido, tipicamente a uma temperatura de aproximadamente 800 a 900°C. Isto pode ser feito em vários modos, incluindo, por exemplo, aplicar um material condutivo granular como coque ou grafite em rodadas sobre a superfície do catodo sob os anodos e aplicar energia aos anodos para por meio disto transmitir uma corrente elétrica para o bloco de catodo. O material condutivo granular aplicado entre o catodo e o anodo é frequentemente referido como um material de resistência de contato. O coque ou o grafite pode ser selecionado para obter a resistência elétrica desejada de um material de contato de modo a fornecer mais ou menos calor para a célula eletrolítica.

[0004] Na Patente U.S. Número 7.485.215, um processo está descrito no qual a periferia da célula eletrolítica está cheia com um material de banho de eletrólito moído e carbonato de sódio. Além disso, lã de rocha é aplicada contra a superfície superior e as superfícies externas dos anodos assim como sobre o corredor central da célula eletrolítica de modo a minimizar as perdas de calor da célula eletrolítica durante o preaquecimento do bloco de catodo. A célula eletrolítica é então energizada de modo a fazer com que uma corrente elétrica flua entre os anodos e o bloco de catodo.

[0005] Uma vez que o catodo está preaquecido, o que poderia acontecer ao longo de um período de 36 a 48 horas, um banho fundido suficiente retirado de outras assim denominadas células doadoras as quais estão em operação, é adicionado à célula eletrolítica para imergir os anodos e elevar os anodos para níveis operacionais sem criar nenhum circuito elétrico aberto. O banho fundido obtido de células doadoras é normalmente utilizado apesar das perturbações que surgem de ter um banho moído fundido de células doadoras. No entanto, esta nem sempre é uma opção, especificamente em operações "Greenfield" onde as células doadoras estão indisponíveis pelo menos até que algumas células eletrolíticas sejam colocadas em operação. O banho de eletrólito moído torna-se o material condutor entre o anodo e o catodo de modo que a fase de aquecimento continua por até quatorze a trinta e duas horas e finalmente, após a fase de aquecimento estar completa, o metal de alumínio fundido é adicionado para cobrir a superfície de catodo sob o banho de eletrólito fundido. Neste estágio, uma crosta sólida é formada no topo do banho e os anodos podem ser cobertos com as adições usuais de alumina, banho granulado sólido, e aditivos tal como AlF3 e cálcio para isolar termicamente a célula. A operação normal pode começar com um equilíbrio térmico ótimo da célula dando a oportunidade de reduzir a entrada de energia.

[0006] Em tal partida de célula tradicional, cinco a doze toneladas de banho de eletrólito fundido de aproximadamente dez células doadoras são requeridas, dependendo do tamanho da célula eletrolítica. Esta é uma operação muito trabalhosa a qual não somente é demorada mas também monopoliza a utilização do guindaste para sifonar e transportar o banho de eletrólito fundido de células doadoras para a célula em ligação. Isto pode ser um problema em uma usina de operação onde o mesmo guindaste é também necessário para sifonar o metal e para as operações de mudança de anodo comuns. Além do trabalho envolvido no transporte de banho líquido, mais cuidado é requerido para manter as células doadoras em operação o que é especificamente desafiador quando iniciando uma operação "Greenfield".

[0007] Anteriormente, em algumas operações de "Greenfield", tentativas forem feitas para iniciar uma nova célula aplicando uma final camada de criolita na superfície superior do bloco de catodo ao redor do coque até uma altura de aproximadamente 5 a 10 cm (1,97 a 3,94 polegadas), de modo a isolar a área que circunda os anodos e direcionar o calor gerado do coque na direção do bloco de catodo. Estas tentativas anteriores nas partidas de célula seca estavam repletas com problemas e foram subsequentemente abandonadas pela comunidade de fundição de alumínio. Logo que quaisquer poças fundidas de criolita formavam, o material fundido depositaria em áreas baixas do catodo e subsequentemente congelaria se a superfície de catodo subjacente não estivesse suficientemente preaquecida. Severos problemas de partida ocorreriam se a criolita fundida tivesse depositado sobre um anodo, por meio disto isolando eletricamente o catodo e fazendo com que o ando curto-circuitasse. A distribuição de corrente resultante na célula tornava-se tão eletricamente estável que as refinarias de alumínio recorriam a tais procedimentos de partida seca somente quando absolutamente necessário e somente com suporte de uma equipe de operadores experiente e pessoal de gerenciamento.

SUMÁRIO

[0008] De acordo com um aspecto geral, está provido um método para iniciar uma célula eletrolítica para a produção de alumínio, a célula eletrolítica tendo um bloco de catodo com uma superfície superior, o método compreendendo: dispor um material de resistência de contato sobre a dita superfície superior do bloco de catodo; abaixar uma pluralidade de anodos para apoiar no material de resistência de contato; encher a célula eletrolítica até uma altura cobrindo os anodos com um material de eletrólito sólido, o material de eletrólito sólido compreendendo um material de banho eletrolítico moído, criolita, ou suas misturas; fornecer uma corrente elétrica para os anodos para pelo menos parcialmente fundir o material de eletrólito sólido; e levantar os anodos quando uma profundidade predeterminada de material de eletrólito fundido foi alcançada.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0009] A Figura 1 é uma vista em seção transversal esquemática de uma célula eletrolítica após um material de resistência de contato ter sido depositado sobre uma superfície de catodo e os anodos terem sido abaixados de modo que o material de resistência de contato fique entre estes;
a Figura 2 é um fluxograma que mostra etapas sequenciais para iniciar a célula eletrolítica seca;
a Figura 3 é uma vista em seção transversal esquemática da célula eletrolítica após uma primeira camada de material de eletrólito sólido ter sido depositada sobre o bloco de catodo ao redor dos anodos;
a Figura 4 é uma vista plana da célula eletrolítica da Figura 3;
a Figura 5 é uma vista em seção transversal esquemática da célula eletrolítica cheia com o material de eletrólito sólido que cobre a altura inteira dos anodos; e
a Figura 6 é um gráfico que mostra uma queda de voltagem a qual ocorre durante uma ligação de célula seca após o material de eletrólito começar a fundir.

[00010] Será notado que através de todos os desenhos anexos, características iguais estão definidas por números de referência iguais.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[00011] Referindo-se agora aos desenhos, e mais especificamente, referindo à Figura 1, está mostrada uma célula eletrolítica 20 para a produção de alumínio. A célula 20 tem um envoltório externo 22 que contém um revestimento interno 24 e um bloco de catodo 26 localizado no fundo da célula 20. Anodos 28 estão mostrados tendo uma superfície superior 30 e uma superfície inferior oposta 44 (ou superfície de contato).

[00012] Geralmente, o envoltório externo 22 é feito de metal tal como aço, o revestimento interno 24 inclui blocos de material refratário, pasta de revestimento refratária e/ou banho solidificado, o bloco de catodo 26 é um bloco de catodo carbotérmico, e os anodos 28 são feitos de material carbonado.

[00013] Os anodos 28 estão conectados a uma viga de anodo (não mostrada) através de múltiplos pés que termina em uma pluralidade de espigas de anodo 34, hastes de anodo 36, e uma estrutura de anodo (não mostrada). A estrutura de anodo está adaptada para abaixar e levantar os anodos 28 dentro da célula eletrolítica 20.

[00014] Ou para o preaquecimento da célula eletrolítica 20 ou durante a eletrólise, uma corrente elétrica flui através da célula eletrolítica de alumínio 20. A corrente elétrica entra na célula 20 através dos anodos 28 através da viga de anodo, da estrutura de anodo, das hastes de anodo 36, e do meio de fixação que inclui as espigas de anodo 34. A corrente elétrica então entra no bloco de catodo 26 e é carregada para fora da célula 20 por barras coletoras de corrente 40. As barras coletoras de corrente 40 são tipicamente feitas de aço e condutores elétricos 42 estão presos a estas para rotear a corrente de eletrólise.

[00015] Para iniciar uma célula eletrolítica, a célula eletrolítica 20 deve ser preaquecida. Para pré-aquecer a célula eletrolítica 20, uma camada descontínua de um material de resistência de contato granular 46 está depositada sobre uma superfície superior 32 do bloco de catodo 26. O material de resistência de contato granular 46 está depositado em áreas de superfície de contato em posições predeterminadas sobre a dita superfície superior 32 do bloco de catodo 26. O material de resistência de contato 46 está colocado em um modo descontínuo sobre a superfície de catodo. Estas áreas de superfície de contato de material de resistência de contato 46 podem ser de diferentes tamanhos e formas. Mais ainda, o número de áreas de superfície de contato pode variar. Os anodos 28 são então abaixados por sobre o material de resistência de contato 46 de modo a fazer um contato íntimo com o material de resistência de contato granular.

[00016] Como exemplo, grafite e/ou coque podem ser utilizados como o material de resistência de contato 46 interposto entre a superfície inferior 44 dos anodos 28 e a superfície superior 32 do bloco de catodo 26. Em uma modalidade, o material de resistência de contato contém até 100% de coque, o restante sendo essencialmente grafite. Em outra modalidade, o material de resistência de contato contém até 70% de coque, o restante sendo essencialmente grafite. Em outra modalidade, o material de resistência de contato contém até 50% de coque, o restante sendo essencialmente grafite. Em uma modalidade adicional, o material de resistência de contato contém até 30% de coque, o restante sendo essencialmente grafite. A tabela seguinte mostra exemplos de materiais de resistência de contato os quais podem ser utilizados com o presente método:

[00017] Quando a célula eletrolítica 20 é energizada, uma corrente elétrica flui entre os anodos 28 e o bloco de catodo 26 através do material de resistência de contato 46.

[00018] Referindo agora à Figura 2, está mostrado um fluxograma que mostra as etapas sequenciais para a partida de uma célula de eletrólise seca. A primeira etapa 50 inclui a aplicação do material de resistência de contato 46 sobre a superfície superior 32 do bloco de catodo 26 e abaixar os anodos 28 como acima descritos.

[00019] Então, na etapa 52, um material de eletrólito sólido, o qual pode ser criolita (Na3AlF6), um material de banho de eletrólito sólido moído previamente recuperado de uma célula eletrolítica em operação, ou uma sua combinação, incluindo quaisquer aditivos desejados tal como AlF3, é aplicado ao redor dos anodos 28 e sobre a superfície superior 32 do bloco de catodo 26. Como mostrado na Figura 3, uma primeira camada ou inicial 70 de material de eletrólito sólido (Figura 5) circunda os anodos 28 mas não está provida sob a superfície de contato 44 dos anodos 28. O material de eletrólito sólido circunda a periferia dos anodos 28 e cobre a superfície superior de catodo 32, incluindo os corredores laterais 37 (Figura 4) definidos entre as filas adjacentes de anodos 28 e um corredor central 38 (Figura 4). A distribuição de material de eletrólito sólido sobre a superfície de catodo está melhor mostrada na vista plana da Figura 4.

[00020] Ou criolita, material de banho de eletrólito moído, ou uma sua combinação, referido neste pedido como material de eletrólito sólido, pode ser utilizado para encher a profundidade inteira da célula eletrolítica 20 e cobrir a superfície superior dos anodos 28 como mostrado na Figura 5. O material de eletrólito sólido 72 está caracterizado por, entre outros, uma distribuição de tamanho de partícula, um ponto de curva de fusão, de solidificação, e de fusão ou faixa de fusão, isto é, a diferença de temperatura entre as temperaturas de curva de solidificação e fusão. O material de eletrólito sólido 72 está selecionado com uma combinação de distribuição de tamanho de partícula, curva de solidificação e fusão, e faixa de fusão a qual minimiza a ressolidificação de material de eletrólito fundido durante o procedimento de partida e cuja composição química é selecionada para minimizar a faixa de temperatura de fusão e a fração sólida restante uma vez que a fusão começou. A faixa de temperatura de fusão do material de eletrólito sólido é de preferência de aproximadamente 825 a aproximadamente 950°C. A ressolidificação pode ocorrer quando o material fundido sobe dentro da célula eletrolítica 20 através do material de banho de eletrólito moído por capilaridade e solidifica devido a temperatura mais baixas nas zonas superiores da célula eletrolítica 20. Se a distribuição de tamanho de partícula for relativamente grossa, as perdas de calor na célula eletrolítica 20 durante o procedimento de partida são aumentadas. Por outro lado, se a distribuição de tamanho de partícula for relativamente fina, o material fundido pode subir dentro da célula eletrolítica 20 através do material moído por capilaridade. O material de eletrólito sólido de preferência tem as seguintes características de tamanho de partículas: um tamanho de partícula máximo de aproximadamente 15 mm (0,6 polegadas), menos de aproximadamente 10% em peso do material de eletrólito sólido tem um tamanho de partícula de aproximadamente 6 mm (0,24 polegadas) ou mais e menos do que aproximadamente 30% em peso do material de eletrólito sólido tem um tamanho de partícula de aproximadamente 45 microns (0,002 polegadas) ou menos. Um material moído que tem uma curva de fusão e solidifcação mais alta requer mais energia para fundir enquanto que um material moído que tem uma maior faixa de fusão pode ressolidificar mais facilmente. Como acima mencionado, o material de eletrólito sólido pode conter criolita com material de banho de eletrólito moído. De preferência, o material de eletrólito sólido pode conter um conteúdo de AI2O3 de aproximadamente 12% em peso ou menos e um conteúdo de AI2O3 alfa de aproximadamente 8% em peso ou menos. Ter a AI2O3 demais no material de eletrólito sólido pode fazer com que o AI2O3 deposite no fundo da célula por meio disto isolando o catodo e diminuindo em geral a eficiência do método de partida. A seguinte tabela mostra as faixas preferidas para o conteúdo do material de eletrólito sólido assim como um exemplo de uma composição específica (coluna Exemplo %):

[00021] Na tabela 2, LOI refere-se à Perda de Ignição o que é uma indicação do conteúdo de umidade, razão refere-se à razão criolítica.

[00022] Para completar o procedimento de partida, o material de eletrólito sólido 72 pode ser adicionado para estender geralmente acima da superfície superior 30 dos anodos 28, oposto à superfície de contato 44 para diminuir as perdas de calor e impedir a solidificação de qualquer material de eletrólito liquefeito, como indicado na etapa 55 e mostrado na Figura 5. Em outras palavras, a célula eletrolítica 20 está cheia com material de eletrólito sólido 72 e a superfície superior 30 do anodo 28 está coberta pelo material de eletrólito sólido 72. Usualmente, uma crosta teria formado sobre o topo da primeira camada 70. Como tal, o material de eletrólito sólido 72 precisaria ser adicionado quebrando a crosta no topo da primeira camada 70. Em uma modalidade, o material de eletrólito sólido 72 pelo menos parcialmente cobre os múltiplos pés ou espigas 34, isto é, os elementos de fixação que estão ancorados nos blocos de anodo 28 e que estendem entre as hastes de anodo 36 e os blocos de anodo 28. Em uma modalidade, somente as superfícies superiores das espigas 34 não estão cobertas pelo material de eletrólito sólido 72. Cobrir a superfície superior 30 dos anodos 28 e pelo menos parcialmente as espigas 34 diminui as perdas de calo durante o procedimento de partida e minimiza a ressolidificação do material de eletrólito liquefeito. Assim, a profundidade de material de eletrólito sólido que estende acima da superfície superior 30 do anodo 28 é variável.

[00023] Em uma modalidade, o material de eletrólito sólido 72 pode ser adicionado à célula eletrolítica 20 em mais de uma etapa como indicado na etapa 55. Novamente, uma crosta teria usualmente formado no topo do material de eletrólito sólido 72. Um material de eletrólito sólido é adicionado quebrando esta crosta e empurrando o material de eletrólito sólido adicional para dentro do eletrólito fundido. Em uma modalidade, esta operação é executada periodicamente a cada hora até que a altura inteira dos anodos esteja coberta com o eletrólito.

[00024] Na etapa 54, a célula eletrolítica 20 é energizada e uma corrente elétrica é fornecida para os anodos 28. O bloco de catodo 26 é aquecido por aquecimento de resistência elétrica pela corrente elétrica fornecida para os anodos 28.

[00025] O material de eletrólito sólido 72 próximo ou adjacente ao bloco de catodo 26 funde conforme a energia é provida para a célula eletrolítica 20. A profundidade de material de eletrólito fundido próximo do bloco de catodo é monitorada como mostrado na etapa 56. Quando uma profundidade de eletrólito predeterminada é fundida, os anodos 28 podem ser levantados como mostrado na etapa 58. Em uma modalidade, para uma célula eletrolítica que tem dimensões típicas, os anodos 28 são levantados quando material de eletrólito fundido atinge uma profundidade de pelo menos aproximadamente 30 centímetros (11,81 polegadas) acima do bloco de catodo 26. A profundidade do material fundido pode ser medida a cada duas ou três horas durante o procedimento de partida. Então, os anodos 28 são levantados gradualmente até que as superfícies de contato 44 dos anodos 28 alcancem uma distância predeterminada acima da superfície superior do bloco de catodo 26. Subsequentemente, como mostrado na etapa 60, a alumina é adicionada para controlar os efeitos de anodo. A alumina pode ser adicionada entre 2 a 5 horas após levanta os anodos.

[00026] Na etapa 62, metal de alumínio fundido é adicionado para estabilizar a célula e evitar o superaquecimento. Na etapa 64, a distância que separa os anodos 28 da superfície de metal de alumínio é ajustada para estabilizar a célula eletrolítica 20 e, na etapa 66, a célula eletrolítica 20 é operada em um modo normal para produzir alumínio por eletrólise.

[00027] Referindo-se novamente às Figuras 3 e 4, será mostrado que alternativas estão previstas para executar as etapas 52 e 54. Por exemplo, e sem ser limitante, o material de eletrólito sólido 72 pode ser adicionado antes, durante, ou após o preaquecimento do bloco de catodo 26.

[00028] Na modalidade acima descrita, o material de eletrólito sólido 72 é adicionado à célula eletrolítica 20 e cobre a altura inteira dos anodos 28 antes da célula eletrolítica 20 ser energizada. Assim, antes da célula eletrolítica 20 ser energizada, o material de eletrólito sólido 72 é adicionado ao redor dos anodos 28 até pelo menos cobrir a superfície superior 30 dos anodos 28 como mostrado na Figura 5.

[00029] Em uma modalidade alternativa, a célula eletrolítica 20 é energizada após o material de resistência de contato 46 ser disposto sobre o bloco de catodo 26. Antes do bloco de catodo 26 superaquecer, a célula eletrolítica 20 é pelo menos parcialmente cheia com o material de eletrólito sólido 72 como será abaixo descrito em mais detalhes. A célula eletrolítica 20 pode ser cheia em uma única etapa enquanto que em uma modalidade alternativa, uma ou mais camadas sucessivas de material de eletrólito sólido 72 podem ser carregadas dentro da célula eletrolítica 20 até que as superfícies superiores 30 dos anodos 28 estejam cobertas o material de eletrólito sólido como mostrado na Figura 5.

[00030] Em ainda outra modalidade, a célula eletrolítica 20 é energizada após o material de resistência de contato 46 ser disposto sobre o bloco de catodo 26 e uma primeira camada 70 de material de eletrólito sólido 72 foi carregada dentro da célula a qual não atinge as superfícies superiores 30 dos anodos 28, como mostrado na Figura 3. Camada(s) adicional(is) de material de eletrólito sólido é(são) adicionada(s) após a célula eletrolítica 20 ser energizada até que as superfícies superiores 30 dos anodos 28 estejam cobertas com o material de eletrólito sólido 72.

[00031] Como será abaixo descrito em mais detalhes com referência à Figura 6, as superfícies superiores 30 dos anodos 28 devem ser cobertas com material de eletrólito sólido antes do material começar a fundir (tipicamente entre 18 a 20 horas após iniciar o processo de aquecimento de catodo) e a voltagem da célula eletrolítica 20 começa a cair. Isto é feito como uma ação preventiva para evitar uma ressolidificação parcial de banho fundido ou criolita e assegurar que calor suficiente será mantido dentro da célula para sustentar a fusão do material de eletrólito. Quando o material de eletrólito começa a fundir, a voltagem dentro da célula cai porque o material de eletrólito fundido tem uma maior condutividade do que o material de resistência de contato 46 e a energia total inserida na célula é reduzida. Tal voltagem reduzida pode potencialmente ser insuficiente para manter o calor requerido para manter o material de eletrólito em um estado fundido.

[00032] Referindo-se agora à Figura 3, está mostrada uma modalidade na qual uma primeira camada 70 de material de eletrólito sólido 72 é carregada na célula eletrolítica 20. A primeira camada 70 de material de eletrólito sólido circunda os blocos de anodo e cobre a superfície inteira do bloco de catodo 26 com a exceção da superfície de catodo 32 localizada abaixo dos blocos de anodo 28 e a qual circunda o material de resistência de contato 46. A primeira camada 70 pode ser disposta após a célula eletrolítica 20 ter sido energizada ou antes de energizar a célula eletrolítica 20.

[00033] Na modalidade mostrada, a primeira camada 70 estende ligeiramente acima da superfície de contato 44 dos blocos de anodo 28. No entanto, alguém versado na técnica apreciará que a altura da primeira camada pode variar da modalidade mostrada na Figura 3. Em uma modalidade, a primeira camada 70 tem uma espessura de aproximadamente 5 cm (1,97 polegadas) e é adicionada doze horas após o início do procedimento de preaquecimento.

[00034] Após a adição da primeira camada 70 de material de eletrólito sólido, a célula eletrolítica 20 é energizada (ou adicionalmente energizada) e, antes que a voltagem de célula caia como mostrado na Figura 6, uma camada adicional de material de eletrólito sólido 72 é adicionada à célula eletrolítica 20. A camada adicional de material de eletrólito sólido pode estender acima das superfícies superiores 30 dos anodos 28, como mostrado na Figura 5, ou em qualquer lugar acima da primeira camada 70. Em outras palavras, a altura da(s) camada(s) adicional(is) é variável.

[00035] Se a camada adicional de material de eletrólito sólido não estender acima das superfícies superiores 30 dos blocos de anodo 28, camada(s) adicional(is) de material de eletrólito sólido é(são) adicionada(s) até que o material de eletrólito sólido estenda acima das superfícies superiores 30 dos anodos 28.

[00036] Como mostrado na Figura 5, o material de eletrólito sólido 72 pelo menos parcialmente cobre as espigas de anodo 34 para reduzir a perda de calor durante o procedimento de partida. Alguém versado na técnica apreciará que a altura final do material de eletrólito sólido 72 é variável. As perdas de calor são reduzidas aumentando a profundidade total do material de eletrólito sólido.

[00037] A espessura da camada de material de eletrólito sólido a ser adicionada na célula eletrolítica é selecionada para manter as perdas de calor em um nível aceitável e, assim, evitar a ressolidificação. De acordo com algumas aplicações, pode não ser necessário embutir totalmente os anodos 28 no material de eletrólito sólido. Por exemplo, o material de eletrólito sólido poderia estender até uma altura a qual seja ligeiramente menor do que aquela da superfície de topo 30 dos anodos 28 e ainda prover um isolamento suficiente.

[00038] Como acima mencionado, alguém versado na técnica apreciará que a célula eletrolítica 20 pode estar cheia com o material de eletrólito sólido, em que o material de eletrólito sólido cobre a altura inteira dos anodos 28 e estende acima de sua superfície superior 30, antes de energizar a célula eletrolítica 20, como mostrado na Figura 5.

[00039] Se um material de banho de eletrólito sólido moído for utilizado ao invés da criolita para o procedimento de partida seca, carbonato de sódio pode ser adicionado à célula. A composição do material de eletrólito sólido foi acima discutida.

[00040] Com o método de partida de célula seca acima descrito, utilizando o banho eletrolítico moído ou criolita para imergir os anodos 28, o bloco de catodo 26 é preaquecido por um período de aproximadamente dezoito horas após o qual existe uma fusão gradual do banho eletrolítico ou da criolita que acontece ao longo de um período de aproximadamente trinta horas. Quando um banho eletrolítico ou criolita suficiente está no estado líquido e a camada fundida atingiu uma profundidade de aproximadamente 30 a 35 centímetros (11,81 a 13,78 polegadas), os anodos 28 podem ser levantados gradualmente. Quando os anodos são inicialmente levantados afastando do material de resistência de contato 46, por uma distância de aproximadamente 5 cm, uma poça fundida entra no espaço que separa os anodos do catodo, por meio disto aumentando a queda de voltagem entre os anodos e o catodo devido à resistência aumentada que resulta de uma combinação da resistividade de eletrólito fundido e da distância que separa os anodos do catodo. Como os anodos ocupam um grande volume, a profundidade de material de eletrólito fundido dentro da célula pode diminuir de aproximadamente 30 cm (11,81 polegadas) para aproximadamente 15 cm (5,91 polegadas) acima da superfície de catodo. Consequentemente, um material de eletrólito fundido suficiente deve estar presente para permitir que os anodos sejam levantados de modo a manter uma voltagem mínima requerida para continuar a aquecer a célula e fundir a cobertura isolante de material de eletrólito sólido. Se os anodos não puderem ser levantados alto o suficiente dentro da poça fundida para manter a voltagem, existe um risco que a célula poderia esfriar e algum do material de eletrólito previamente fundido poderia congelar. Uma vez que o gradiente de temperatura de catodo é atingido, aproximadamente 24 a 32 horas mais tarde, o metal fundido é adicionado à célula eletrolítica 20 para estabilizar a célula e evitar o superaquecimento. Os anodos são então levantados por uma distância que corresponde a aproximadamente a altura adicional do metal fundido dentro da célula e uma operação regular pode começar com a alumina sendo alimentada para a célula de operação para produzir metal por eletrólise.

[00041] Vantajosamente, o método acima descrito permite aumentar mais do que o dobro do número de células eletrolíticas 20 que podem ser ligadas para um dado período. Estas vantagens resultam da redução da carga de trabalho para o guindaste o que é normalmente o gargalo para acelerar um processo de partida de fundidor. O método acima contribui para aperfeiçoar a segurança e a confiabilidade da operação de partida, enquanto minimizando o tempo de partida de uma célula.

[00042] Uma vez que o banho eletrolítico ou a criolita começa a fundir, o banho eletrolítico ou a criolita funde em um modo mais controlado de modo que os anodos 28 podem ser levantados com uma interrupção mínima na distribuição de corrente dentro da célula eletrolítica 20.

[00043] Para o procedimento de partida seca, alguém versado na técnica apreciará que as hastes de anodo 36 podem estar conectadas na estrutura de anodo com conjuntos flexíveis ou de rolo como é conhecido na técnica de modo a ajustar a distância que separa um único ou diversos nodos 28 do bloco de catodo 26 de acordo com a amperagem que está sendo consumida pelo anodo selecionado, especificamente onde existem pontos quentes locais.

[00044] Diversas modalidades e exemplos alternativos foram aqui descritos e ilustrados. As modalidades da invenção acima descritas pretendem ser exemplares somente. Uma pessoa versada na técnica apreciaria as características das modalidades individuais, e as possíveis combinações e variações dos componentes. Uma pessoa versada na técnica adicionalmente apreciaria que qualquer uma das modalidades poderia estar provida em qualquer combinação com as outras modalidades aqui descritas. É compreendido que a invenção pode ser incorporada em outras formas específicas sem afastar do espírito ou suas características centrais. Os presentes exemplos e modalidades, portanto, devem ser consideradas em todos os aspectos como ilustrativos e não restritivos, e a invenção não deve ser limitada aos detalhes aqui fornecidos. Consequentemente, apesar das modalidades específicas terem sido ilustradas e descritas, numerosas modificações vêm à mente sem afastar significativamente do espírito da invenção. O escopo da invenção é, portanto, pretendido ser limitado somente pelo escopo das reivindicações anexas.

Claims

Método para iniciar uma célula eletrolítica (20) para a produção de alumínio, a célula eletrolítica (20) possuindo um bloco de catodo (26) com uma superfície superior (32), caracterizado pelo fato de que compreende:
dispor um material de resistência de contato (46) sobre a dita superfície superior (32) do bloco de catodo (26);
abaixar uma pluralidade de anodos (28) para apoiar no material de resistência de contato (46), em que a pluralidade dos anodos (28) é constituída por anodos carbonáceos, cada um com uma superfície inferior confrontando o bloco catódico (26), uma superfície superior (32) oposta à superfície inferior e paredes laterais que se estendem para cima desde o bloco catódico (26) até à superfície superior (32), de modo a que a superfície superior (32) se estenda para dentro a partir das paredes laterais;
encher a célula eletrolítica (20) até uma altura cobrindo a superfície superior (32) de cada uma das pluralidades dos anodos (28) com um material de eletrólito sólido, o material de eletrólito sólido (72) compreendendo um material de banho eletrolítico moído, criolita, ou suas misturas;
fornecer uma corrente elétrica para a pluralidade dos anodos (28) para pelo menos parcialmente fundir o material de eletrólito sólido; e
levantar a pluralidade de anodos (28) do bloco de catodo (26) quando uma profundidade predeterminada de material de eletrólito fundido foi alcançada,
em que o enchimento da célula eletrolítica (20) com o material eletrolítico sólido compreende fornecer material eletrolítico sólido suficiente para que, quando a pluralidade dos anodos (28) é elevada, material eletrolítico sólido suficiente tenha fundido para manter uma tensão mínima necessária para continuar a aquecer a célula eletrolítica (20).
Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material de resistência de contato (46) está descontinuamente disposto em posições predeterminadas sobre a dita superfície superior (32) do bloco de catodo (26).
Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os anodos (28) são levantados gradualmente até a pluralidade dos anodos (28) atingir uma altura predeterminada acima da dita superfície superior (32) do bloco de catodo (26).
Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a célula eletrolítica (20) está cheia com o material de eletrólito sólido (72) e a pluralidade dos anodos (28) está coberta pelo material de eletrólito sólido (72) antes da corrente elétrica ser fornecida para a célula.
Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a célula eletrolítica (20) está cheia com o material de eletrólito sólido (72) e a pluralidade dos anodos (28) está coberta pelo material de eletrólito sólido (72) após fornecer a corrente elétrica para os anodos (28).
Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a célula eletrolítica (20) é cheia em pelo menos duas etapas de enchimento e a corrente elétrica é continuamente fornecida para a pluralidade dos anodos (28) após a primeira energização da célula eletrolítica (20).
Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material de resistência de contato (46) compreende um material de coque moído, material de grafite moído ou suas misturas.
Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material de eletrólito sólido (72) contém um conteúdo de AI2O3 total de 12% ou menos e um conteúdo de AI2O3 alfa de 8% ou menos.
Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material de eletrólito sólido (72) tem um tamanho de partícula máximo de 15 mm (0,6 polegada), menos de 10% do material de eletrólito sólido (72) tem um tamanho de partícula de 6 mm (0,24 polegada) ou mais e menos do que 30% do material de eletrólito sólido (72) tem um tamanho de partícula de 45 microns (0,002 polegada) ou menos.
Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a profundidade predeterminada de material de eletrólito fundido alcançada antes de levantar a pluralidade dos anodos (28) é de pelo menos trinta centímetros (11,81 polegadas).
Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda:
adicionar alumina à célula eletrolítica (20);
adicionar metal fundido próximo da superfície superior (32) do bloco de catodo (26) após levantar os anodos (28); e
ajustar uma distância que separa uma superfície inferior dos anodos (28) de uma superfície superior (32) de uma camada do metal fundido para estabilizar a célula eletrolítica (20).
Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a corrente elétrica é fornecida para a célula eletrolítica (20) antes da célula eletrolítica (20) ser pelo menos parcialmente cheia com o material de eletrólito sólido.
Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que encher a célula eletrolítica (20) compreende enterrar a pluralidade dos anodos (28) dentro do material de eletrólito sólido, o material de eletrólito sólido (72) cobrindo totalmente uma superfície superior (32) da pluralidade dos anodos (28) quando abaixados em uma relação contígua com o material de resistência de contato (46) disposto sobre a superfície superior (32) do bloco de catodo (26).
Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as espigas de anodo (34) projetam-se das respectivas superfícies superiores da pluralidade dos anodos (28), e em que encher a célula eletrolítica (20) compreende adicionar material de eletrólito sólido (72) para estender acima das superfícies superiores da pluralidade dos anodos (28) de modo que as espigas de anodo (34) estejam pelo menos parcialmente enterradas no material de eletrólito sólido (72) quando a pluralidade os anodos (28) é abaixada em contato íntimo com o material de resistência de contato (46).
Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda monitorar a voltagem da célula eletrolítica (20), e em que encher a célula eletrolítica (20) compreende cobrir uma superfície superior (32) de cada uma da pluralidade dos anodos (28) com o material eletrolítico sólido antes da voltagem cair abaixo de um valor predeterminado.
Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que material sólido suficiente do eletrólito derrete na célula eletrolítica (20) para permitir a elevação da pluralidade dos anodos (28) sem a adição de qualquer material fundido do eletrólito de uma célula dadora.
Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende enterrar inteiramente a pluralidade dos anodos (28) no material sólido do eletrólito antes de o material sólido do eletrólito começar a fundir.
Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material sólido do eletrólito cobre toda uma altura de cada uma da pluralidade dos anodos (28).
Método para iniciar uma célula eletrolítica (20) para produção de alumínio, a célula eletrolítica (20) possuindo um bloco catódico (26) com uma superfície superior (32), caracterizado pelo fato de que compreende:
dispor o material de resistência de contato (46) na referida superfície superior (32) do bloco catódico (26);
abaixar a pluralidade de anodos (28) para apoiar no material de resistência de contato (46), em que a pluralidade de anodos (28) é de anodos carbonáceos;
encher a célula eletrolítica (20) até uma altura que cubra uma superfície superior (32) de cada uma da pluralidade dos anodos (28) com material eletrolítico sólido, o material eletrolítico sólido compreendendo material de banho eletrolítico triturado, criolite ou misturas destes, em que o enchimento da célula eletrolítica (20) compreende enterrar totalmente a pluralidade dos anodos (28) dentro do material eletrolítico sólido, o material eletrolítico sólido cobrindo totalmente a superfície superior (32) da pluralidade dos anodos (28) quando abaixado em uma relação de apoio no material resistente de contato disposto na superfície superior (32) do bloco catódico (26);
fornecer corrente eléctrica à pluralidade de anodos (28) para fundir, pelo menos parcialmente, o material sólido do eletrólito; e
elevar a pluralidade de anodos (28) para longe do bloco catódico (26) quando uma profundidade predeterminada de material eletrolítico fundido tiver sido atingida.
Método para iniciar uma célula eletrolítica (20) para produção de alumínio, a de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende:
dispor material de resistência de contato (46) na referida superfície superior (32) do bloco catódico (26);
baixar uma pluralidade de anodos (28) para apoiar no material de resistência de contato (46), em que a pluralidade de anodos (28) é de anodos carbonáceos, e em que as espigas de anodos (34) projetam-se a partir das respectivas superfícies superiores da pluralidade de anodos (28);
encher a célula eletrolítica (20) até uma altura que cubra uma superfície superior (32) de cada uma da pluralidade dos anodos (28) com material eletrolítico sólido, o material eletrolítico sólido compreendendo material de banho eletrolítico triturado, criolite ou misturas destes, em que encher a célula eletrolítica (20) compreende adicionar material eletrolítico sólido para se estender acima das superfícies superiores da pluralidade dos anodos (28) de modo a que as espigas de anodos (34) fiquem pelo menos parcialmente enterrados no material eletrolítico sólido quando a pluralidade dos ânodos estiver abaixada em contato íntimo com o material de resistência de contato (46);
fornecer corrente eléctrica à pluralidade de anodos (28) para fundir, pelo menos parcialmente, o material sólido do eletrólito; e
elevar a pluralidade de anodos (28) para longe do bloco catódico (26) quando uma profundidade predeterminada de material eletrolítico fundido tiver sido atingida.