DE19805619C2

DE19805619C2 - Verfahren zur Regelung des AlF¶3¶-Gehaltes in Kryolithschmelzen

Info

Publication number: DE19805619C2
Application number: DE19805619A
Authority: DE
Inventors: Paul Clement Verstreken
Original assignee: Heraeus Electro Nite International NV
Current assignee: Heraeus Electro Nite International NV
Priority date: 1998-02-12
Filing date: 1998-02-12
Publication date: 2002-08-01
Anticipated expiration: 2018-02-13
Also published as: FR2774701A1; CN1256721A; DE19805619A1; NO994951D0; NO994951L; BR9904777A; CN1144900C; FR2774701B1; US6183620B1; WO1999041432A1; CA2285992A1; AU3027399A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des AlF₃-Gehaltes in Kryolithschmelzen für die Aluminium-Reduktion, wobei die Temperatur der Schmelze gemessen wird.

Ein derartiges Verfahren ist aus US-A-4,668,350 bekannt. Bei dem hier offenbarten Verfahren wird eine bekannte Beziehung zwischen der Badtemperatur und der Badzusammensetzung (NaF : AlF₃) benutzt. Aus dieser Beziehung wird eine Solltemperatur des Bades berechnet ab hängig von einer Soll-Zusammensetzung (NaF : AlF₃). Es wird die Temperatur des Bades ge messen und AlF₃ zugefügt, wenn die Badtemperatur höher ist als die Solltemperatur. Allerdings wird die Badtemperatur auch von eine Reihe weiterer Faktoren beeinflußt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung ein sehr genaues Verfahren anzugeben, das es ermöglicht, die Aluminium-Reduktion bei einer möglichst niedrigen Temperatur, also möglichst energiesparend zu betreiben.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Liquidustemperatur der Kryo lithschmelze gemessen wird, daß die gemessene Liquidustemperatur mit einem ersten Sollwert verglichen wird, daß AlF₃ dem Bad zugegeben wird, wenn die gemessene Liquidustemperatur höher ist als der erste Sollwert, daß die gemessene Liquidustemperatur mit einem zweiten Soll wert, der niedriger ist als der erste Sollwert, verglichen wird, wenn die gemessene Liquidustemperatur niedriger ist als der erste Sollwert und daß NaF oder Na₂CO₃ dem Bad zu gegeben wird, wenn die gemessene Liquidustemperatur niedriger ist als der zweite Sollwert.

Da die Liquidustemperatur einer Schmelze sehr genaue Rückschlüsse auf den Anteil einzelner Bestandteile der Schmelze zuläßt, eröffnet das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit, den Aluminium-Reduktionsprozess möglichst energiegünstig und damit möglichst wirtschaftlich durchzuführen. Die Erfindung umfaßt ausdrücklich auch den umgekehrten Vergleich zwischen einem Sollwert und dem gemessenen Wert der Liquidustemperatur, nämlich, daß die gemesse ne Liquidustemperatur zunächst mit dem zweiten Sollwert verglichen wird, daß NaF oder Na₂CO₃ dem Bad zugegeben wird, wenn die gemessene Liquidustemperatur niedriger als dieser zweiter Sollwert ist, daß die gemessene Liquidustemperatur mit dem ersten Sollwert, der größer als der zweiter Sollwert ist, verglichen wird, wenn die gemessene Liquidustemperatur höher ist als der zweite Sollwert und daß AlF₃ dem Bad zugegeben wird, die gemessene Liquidustempe ratur höher ist als dieser erste Sollwert. Wenn also beispielsweise die gemessene Liquidustem peratur kleiner ist als der zweite Sollwert, ist selbstverständlich ein Vergleich mit den ersten, hö heren Sollwert überflüssig. Wenn die gemessene Liquidustemperatur zwischen den beiden Soll werten liegt, erfolgt keine Zugabe einer die Liquidustemperatur beeinflüssenden Komponente.

Zwei unterschiedliche Sollwerte sind notwendig, um eine Pufferzone zu schaffen und Überreak tionen zu vermeiden, die durch ständige Ausgleichszugaben auftreten könnten.

Die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Sollwerten hängt unter anderem ab von der Sta bilität des Aluminium-Reduktionsprozesses; ist der Prozess stabil, kann diese Temperaturdiffe renz geringer gewählt werden. Die Liquidustemperatur des Bades ist abhängig von allen Be standteilen, insbesondere von Al₂O₃ und AlF₃. Die Differenz zwischen beiden Sollwerten hängt daher auch davon ab, auf welche Weise und in welcher Menge und Genauigkeit AlF₃ (oder an deren Komponenten wie Al₂O₃) zugeführt wird. Beispielsweise kann die Differenz um so kleiner sein, je geringer die jeweils zugeführte Menge ist. Bei einer Punktdosierung (point feeder) wird weniger und genauer dosiert als bei einer Mittenbedienung (centre bar breaker) oder Seitenbe dienung (sideworked cell). Die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Sollwert hängt unter anderem auch ab von der Erfahrung des die Schmelze steuerenden Arbeiters, wobei grundsätzlich gilt, daß die Differenz mit steigender Erfahrung des Arbeiters kleiner werden kann.

Grundsätzlich kann die Liquidustemperatur der Schmelze durch Zugabe von AlF₃ gesenkt und durch Zugabe von NaF erhöht werden. Für eine Erhöhung ist jedoch auch die Zugabe von Na₂CO₃ möglich, da Na₂CO₃ zur Bildung von NaF in der Schmelze und damit zur Erhöhung des NaF-Anteils und zur Verringerung des AlF₃-Anteils beiträgt. Eine zu hohe Liquidustemperatur zeigt eine zu geringe AlF₃-Konzentration an, während eine zu geringe Liquidustemperatur eine zu hohe AlF₃-Konzentration anzeigt. Bei Zugabe von NaF oder Na₂CO₃ wird zusammen mit AlF₃ Kryolith gebildet und so die AlF₃-Konzentration gesenkt. Anfangs kann ein Sollwert für eine Li quidustemperatur ermittelt werden aus den bekannten Phasendiagrammen unter Berücksichti gung der Ausgangszusammensetzung des Bades. Der zweite Sollwert wird festgelegt für eine angenommene Badzusammensetzung. Die konkreten Zusammenhänge zwischen der Badzu sammensetzung und der Badtemperatur an sich sind in US-A-4,668,350 ausführlich beschrie ben. Insofern wird auf diese Offenbarung ausdrücklich Bezug genommen.

Gemäß der Erfindung ist es vorteilhaft, daß die Abkühlkurve einer Probe der Schmelze außer halb des Schmelzbades selbst gemessen und dabei die Liquidustemperatur bestimmt wird. Prin zipiell ist es allerdings auch möglich, die Liquidustemperatur durch andere geeignete und dem Fachmann hinreichend bekannte Verfahren zu messen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.

Der erste Sollwert kann aus der durchschnittlichen oder aktuellen Badzusammensetzung be rechnet werden. Zum Beispiel ein Bad mit einem Anteil von 5% CaF₂, 3% Al₂O₃ und mit einem Überschuß von 12% AlF₃ (Halvor Kvande in Journal of Metallurgy, November 1994, S. 22 ff.) weist eine Liquidustemperatur von 955°C auf. Bei einem AlF₃-Überschuß von 11% beträgt die Liquidustemperatur 960°C und bei einem AlF₃-Überschuß von 13% beträgt die Liquidu stemperatur 950°C. Das heißt, eine Änderung des AlF₃-Überschusses von 2% bewirkt eine Änderung der Liquidustemperatur von 10°C. Derartige Berechnungen sind beispielsweise in Solheim et al., Light Metals 1995, S. 451 ff. (The Minerals, Metals & Materials Society 1995) be schrieben. Wenn der erste Sollwert beispielsweise 960°C beträgt und eine Liquidustemperatur von 970°C gemessen wird, ist der AlF₃-Überschuß um 2% zu erhöhen.

Bei stabilem Bad kann die Solltemperatur (der Sollwert) gesenkt werden. Dadurch steigt die AlF3-Konzentration, was zu einer höheren Stromeffizienz führt. Wenn die Badzelle instabil wird, ist die Liquidustemperatur (der Sollwert) zu erhöhen. Die Zellenstabilität kann auf üblicher Weise durch regelmäßige Kontrollen mit einem geeigneten Sensor überwacht werden.

Der zweite Sollwert hängt ab unter anderem von der Art der Zugabe von Al₂O₃ zu dem Bad. Bei einer automatischen oder einer Punkt-Dosierung kann der zweiter Sollwert etwa 10°C unterhalb des ersten Sollwertes liegen, bei Mittenbedienung und ohne Automatisierung der Zugabe kann der zweite Sollwert etwa 20°C unterhalb des ersten Sollwertes liegen. Liegt der gemessene Wert der Liquidustemperatur oberhalb des ersten Sollwertes, wird entsprechend der obenge nannten Modell-Zusammensetzung AlF₃ zugeführt, liegt er unterhalb des zweiten Sollwertes, wird NaF (beziehungsweise Na₂CO₃) zugeführt, wobei eine Zugabe von 3% NaF (bezogen auf das gesamte Bad) zu einer Erhöhung der Liquidustemperatur von etwa 10°C führt. Wenn der zweite Sollwert 950°C beträgt und eine Liquidustemperatur von 940°C gemessen wird, ist eine Zugabe von 3% NaF (oder eine dementsprechende Menge Na₂CO₃), bezogen auf das gesamte Bad, erforderlich.

Die Messungen können beispielsweise alle zwei Tage oder täglich durchgeführt werden.

Claims

1. Verfahren zur Regelung des AlF₃-Gehaltes in Kryolithschmelzen für die Aluminium-Reduktion, bei dem die Temperatur der Schmelze gemessen wird, wobei die Liquidustemperatur gemessen wird, wobei die gemessene Liquidustemperatur mit einem ersten Sollwert verglichen wird, wobei AlF₃ dem Bad zugegeben wird, wenn die gemesse ne Liquidustemperatur höher ist als der erste Sollwert, wobei die gemessene Liqui dustemperatur mit einem zweiten Sollwert, der niedriger ist als der erste Sollwert, vergli chen wird, wenn die gemessene Liquidustemperatur niedriger ist als der erste Sollwert und wobei NaF oder Na₂CO₃ dem Bad zugegeben wird, wenn die gemessene Liqui dustemperatur niedriger ist als der zweite Sollwert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlkurve einer Probe der Schmelze außerhalb des Schmelzbades gemessen und dabei die Liquidustemperatur bestimmt wird.