DE2937784C2

DE2937784C2 - Verfahren zum Wechseln von Anoden

Info

Publication number: DE2937784C2
Application number: DE19792937784
Authority: DE
Inventors: Einar Kopavogur Gudmundson; Ingvar Reykjavik Palsson; Christian Dipl.-Phys. Gardabaer Roth
Original assignee: Schweizerische Aluminium AG
Current assignee: Rio Tinto Switzerland AG
Priority date: 1979-08-16
Filing date: 1979-09-19
Publication date: 1982-10-21
Also published as: DE2937784A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wechseln von Anoden bei der Herstellung von Aluminium.

Für die Gewinnung von Aluminium durch Elektrolyse von Aluminiumoxid (Al₂O₃, Tonerde) wird dieses in einer Fluoridschmelze gelöst. Die Schmelze befindet sich in einer Wanne, deren Wannenboden kathodisch geschaltet ist. In die Schmelze tauchen Anoden ein. Aus der Schmelze wird Aluminium kathodisch abgeschieden und sammelt sich unter der Fluoridschmelze auf dem Boden der Zelle.

Als Anoden werden im zunehmenden Maße Blockanoden verwendet, die hauptsächlich aus Koks, Pech und gemahlenen Anodenrestfin bestehen. An den Anoden entsteht durch die elektrolytische Zersetzung des Aluminiumoxids Sauerstoff, der sich mit dem Kohlenstoff der Anoden zu CO und CO₂ verbindet. Dies bewirkt, daß während des Elektrolyseprozesses die Anoden bis auf einen bestimmten Rest abbrennen und kontinuierlich durch neue ersetzt werden müssen. Dabei erfolgt der Einsatz der neuen Anoden so, daß sie ungefähr eine gleiche Interpolardistanz ( = Zwischenraum zwischen dem abgeschiedenen Aluminium und der Anode) einhalten, wie dies bei der verbrauchten Anode der Fall war.

Dies wurde früher oft dadurch erreicht, daß man vor dem Herausnehmen der verbrauchten Anode deren Unterseite gegenüber einem Fixpunkt vennaß und die entsprechende Distanz auf die neue Anode übertrug. Nach diesem Vorgehen war es also notwendig, jede Anode vor dem Wechseln einzeln auszumessen.

Heute wendet man dieses aufwendige Verfahren meist nicht mehr an, sondern setzt die Anoden beim Wechsel auf ein Niveau, das nach einem festen Programm vorherbestimmt ist.

Beide Verfahren haben erhebliche Nachteile. Sie nehmen zu wenig Rücksicht auf den unterschiedlichen Abbrand der Anoden.

Weiterhin ergeben die natürlichen herstellungsbedingten Streuungen der Anodeneigenschaften (Dichte, Qualität), der Anodengeometrie (Höhe) und des Ofenzustandes unterschiedliche Anodenrestegrößen beim Abbrand innerhalb einer Elektrolysehalle. Im allgemeinen bestimmen aber die Anoden, welche die kleinste Resthöhe aufweisen, die Einsatzzeit aller Anoden, weil in den Großbetrieben die An- ? oden nach einem einheitlichen Anodenwechselschema mit einheitlicher Einsatzzeit gewechselt werden, d. h. es werden z. B. in einem Arbeitsgang je eine Anode pro Elektrolysezelle entfernt und dafür eine neue Anode eingesetzt. Aus diesem Grunde wer-

■<> den auch die Anoden ausgewechselt, die für sich gesehen noch eine genügende Höhe aufweisen, um einige Tage länger in Betrieb zu sein. Dies bedeutet eine erhebliche Unwirtschaftlichkeit.

Die Alternative dazu wäre ein individueller Anis odenwechsel, d. h. ein Wechsel jeder einzelnen Anode entsprechend ihrem Restzustand. Dadurch würde zwar der Anodenverbrauch reduziert, die Kostenersparnis aber wieder durch Arbeitsmehraufwand und organisatorische Gründe aufgewogen.

3i Da der Kostenanteil der Anoden an den gesamten Herstellungskosten von Aluminium in einem Bereich von 15-35% liegt, ist ein wesentliches Entwicklungsziel die Minimierung des Anodenverbrauchs.
Er Erfinder hat sich zur Aufgabe gesetzt, ein Verfahren zum Wechseln von Anoden zu entwickeln bei der Herstellung von Aluminium, das diese erwähnten Nachteile nicht aufweist.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Anodenwechsel in zumindest zwei zeitverschobenen Tausch-

si vorgängen stattfindet, wobei während des ersten Tauschvorganges die Anoden, deren Resthöhe unter einem vorbestimmten jedenfalls oberhalb des Funktionsminimums befindlichen Maß liegt, durch neue Anoden mit einer Höhe h_x ersetzt werden und daß beim zweiten Tauschvorgang die während des ersten Tauschvorganges verbliebenen Anoden durch Anoden mit einer Höhe A₂ = A, - χ ersetzt werden, wobei χ die Abbrandhöhe der Anode mit der ursprünglichen Höhe A₁ bis zu dem Zeitpunkt ist, an dem die Anode mit det Höhe A₂ eingesetzt wird. Beim ersten Tauschvorgang werden die Anoden in den Zellen gewechselt, die aufgrund ihres Zustandes nicht länger im Ofen bleiben dürfen und durch neue Anoden mit der Höhe A₁ ersetzt. Die übrigen noch brauchbaren Anoden in den anderen Zellen bleiben noch einige Zeit länger im Ofen und werden nach einer gewissen Zeitspanne gewechselt, wobei die nachgewechselte Gruppe durch Anoden der Höhe A₂ ersetzt werden, welche eine entsprechend der Einsatzzeitverlängerung geringere Höhe (A₂ = A₁ — x) aufweisen, um nach vollzogenem Wechsel innerhalb der Elektrolysehalle wieder eine einheitliche Höhe aller neugesetzten Anoden zu erreichen. Das Verhältnis der beim ersten Tauschvorgang zu wechselnden Anoden und die Anodenhöhe A₂ beim zweiten Tauschvorgang ergeben sich aus der Verteilung der Anodenreste. Das Optimum hängt von einer Vielzahl von Parametern ab und kann für jeden Betrieb aus der Verteilung der Anodenreste bestimmt werden.

eo Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ergibt sich aus der erhöhten Flexibilität im Arbeitsablauf des Anodenwechselns. Das Verhältnis der sofort und der später zu wechselnden Anoden braucht nicht starr zu sein, sondern kann je nach Verteilung der Anodenreste von Tag zu Tag variiert werden.

Bei Schwierigkeiten irgendwelcher Art kann von einem Tag auf den anderen das ursprüngliche Wechselprogramm wieder eingeführt werden.

Bei qualitativen Änderungen der Anoden können beide Einsatzzeiten nach oben oder unten variiert werden.

Versuche haben ergeben, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren der Anodenbruttoverbrauch um ca. 2% gesenkt werden kann. Dies bedeutet eine erhebliche Erhöhung der Wirtscaaftlichkeit in der Elektrolyse.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausfühningsbeispieles sowie aiüiand der Zeichnung; diese zeigt in:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zweier gleichalter Anoden in zwei Elektrolysezellen vor dem Anodenwechsel;

Fig. 2 eine schematische Darstellung nach Fig. 1 nach dem Wechsel der einen Anode in Ofen Nr. 1;

Fig. 3 eine schematische Darstellung nach Fig. 2 vor dem Anodenwechsel von Anode 2 in Ofen 2;

Fig. 4 eine schematische Darstellung nach Fig. 3 nach dem Wechsel der Anode in Ofen 2.

Anode 1 im ersten Ofen ist nach Fig. 1 bereits soweit abgebrannt, daß ein Auswechseln unumgänglich erscheint. Eine gleichalte Anode 2 in einem anderen Ofen dagegen kann noch um einige Zeit langer in Betrieb gehalten werden. Die Abbn lddifferenz zwischen Anode 1 und Anode 2 beträgt λ .

Die verbrauchte Anode 1 wird nunmehr durch eine neue Anode 3 mit der Höhe Zi₁ ersetzt (Fig. 2). Nach einiger Zeit ist die Anode 2 um den Betrag χ abgebrannt, so daß sie ausgewechselt werden muß (Fig. 3). Da sich aber auch die Anode 3 zu der Zeit in Betrieb befunden hat, verringerte sich ihre Höhe /i, ebenfalls um x. Anstelle der Anode 2 wird nun eine Anode 4 mit der Höhe Zi₂ eingesetzt, wobei Zi₂ der Höhe Λ, vermindert um χ entspricht, so daß die Höhe der Anode 3 und der Anode 4 gleich sind, und beide nach ihrem Abbrand wieder gemeinsam gewechselt werden können.

Beispiel

Beim ersten Tauschvorgang werden sämtliche auf dem Programm stehende Anoden kontrolliert und visuell beurteilt. Dabei ergeben sich z. B. die in Tabelle 1 gezeigten Ergebnisse der Resthöhe:

	Tabelle 1	Mögliche Einsatz	0
Resthöhe	Anteil Anoden	zeitverlängerung	8
(cm)	(%)	Stunden	16
		24
0-2,4	25	32
2,5-2,9	10	40
3,0-3,4	10	48
3,5-3,9	10	56
4,0-4,4	10	64
4,5-1,9	10
5,0-5,4	10
5,5-5,9	10
6,0	5

wechselt werden müßten. Der Prozentsatz der tatsächlich zu wechselnden Anoden wird nunmehr anhand der Anodeneinsparung bestimmt. Bezogen auf Tabelle 1 zeigt dies

Tabelle 2

Spalte 3 von Tabelle 1 zeigt basierend auf dieser visuellen Beurteilung die mögliche Einsatzzeitverlängerung. Danach ergibt sich, daß bezogen auf die Resthöhe weniger als ein Drittel der Anoden sofort ge-

	Anoden	Aiiodenwechsel	Anoden	Anodenein
	höhe	schema	höhe	sparungen
		Gruppe 2		(g/kg Al)
	h,	Anteil		0
Gruppe 1	h,	%	h₂ =
Anteil			h,— 5mm	5
%	h,	0	h₂ =
		25	h, —10mm	9
100	h,		Ib =
75		35	h, —15 mm	11
	h,		h₂ =
65		45	h,-20mm	12
	h,		h₂ =
55		55	h,-25mm	12
	hi		h₂ =
45		65	h,-30mm	9
	hi		h₂ =
35		75	h,-35mm	7
	hi		h₂ =
25		85	h,—40mm	3

15	95

5

Die größte Einsparung ergäbe sich danach bei einer Aufteilung von zu wechselnden Anoden von 40:60%. Das bedeutet, daß ca. 40% der Anoden mit Anodenhöhe Zz₁ einzusetzen sind und ca. 60% im zweiten Tauschvorgang mit einer um ca. 20 mm geringeren Anodenhöhe.

Dabei ergibt sich eine Anodeneinsparung von ca. 12 g/kg erzeugtes Aluminium. Mit dieser Einsparung sind die eventuell erforderlichen Mehrkosten, resultierend aus dem personellen Mehraufwand, der Mehrbeanspruchung von Anodenwagen und -schlepper u. a., bei weitern aufgewogen, da die Wirtschaftlichkeitsberechnung ergibt, daß die Schwelle der Wirtschaftlichkeit bei ca. 4 g Anodenminderverbrauch pro kg Aluminium liegt.

Zusammenfassung

Ein Verfahren zum Wechseln von Anoden bei der Herstellung von Aluminium sieht vor, daß der übliche Anodenwechsel in einer Elektrolysehaüe in zwei zeitverschobenen Tauschvorgängen stattfindet, wobei während des ersten Tauschvorganges in einigen Öfen die Anoden, deren Resthöhe unter einem vorbestimmten jedenfalls oberhalb des Funktionsminimums befindlichen Maß liegt, durch neue Anoden mit einer Höhe Zi₁ ersetzt werden. Im zweiten Tauschvorgang werden die verbliebenen Anoden in den anderen Ofen gegen Anoden mit einer Höhe Zi₂ = Zi₁ - χ ausgetauscht. Dabei entspricht χ der Abbrandhöhe der Anode mit der ursprünglichen Höhe Zi₁ bis zu dem Zeitpui.kt, an dem die Anode mit der Höhe Zi₂ eingesetzt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Wechseln von Anoden bei der Herstellung von Aluminium,

dadurch gekennzeichnet,
daß der Anodenwechsel in zumindest zwei zeitverschobenen Tausch vorgängen stattfindet, wobei während des ersten Tauschvorganges die Anoden, deren Resthöhe unter einem vorbestimmten, jedenfalls oberhalb des Funktionsminimums befindlichen Maß liegt, durch neue Anoden mit einer Höhe A₁ ersetzt werden und daß beim zweiten Tauschvorgang die während des ersten Tauschvorganges verbliebenen Anoden durch Anoden mit einer Höhe A₂=A₁ — χ ersetzt werden, wobei χ die Abbrandhöhe der Anode mit der ursprünglichen Höhe A; bis zu dem Zeitpunkt ist, an dent die Anode mit der Höhe A₂ eingesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitraum zwischen beiden Tauschvorgängen vorbestimmt wird.