EP3075886B1 - Verfahren zur herstellung von elektrolytischem aluminium unter verwendung von kaliumkryolith als zusatzsystem - Google Patents

Verfahren zur herstellung von elektrolytischem aluminium unter verwendung von kaliumkryolith als zusatzsystem Download PDF

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EP3075886B1
EP3075886B1 EP15248006.7A EP15248006A EP3075886B1 EP 3075886 B1 EP3075886 B1 EP 3075886B1 EP 15248006 A EP15248006 A EP 15248006A EP 3075886 B1 EP3075886 B1 EP 3075886B1
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EP
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alf
potassium
cryolite
electrolysis
aluminum
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EP3075886A1 (de
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Xuemin Chen
Fengqin Niu
Weiping Wu
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Shenzhen Sunxing Light Alloy Materials Co Ltd
Original Assignee
Shenzhen Sunxing Light Alloy Materials Co Ltd
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/18—Electrolytes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/20—Automatic control or regulation of cells

Definitions

  • the present invention relates to a process for producing electrolytic aluminum, and more particularly relates to a process for producing electrolytic aluminum using lower molecular ratio potassium cryolite as an additive system.
  • the conventional Hall-Heroult process is still used in industrial aluminum electrolysis.
  • Electrolyte always takes a cryolite alumina as the base system and the cryolite generally adopts sodium fluoroaluminate.
  • the electrolysis temperature is a very important technical parameter.
  • the electrolysis temperature refers to the temperature of the electrolyte which is in a temperature range which is usually in the range of 950 to 970 ° C, and is generally higher than the liquidus temperature of the electrolyte of 20 to 30 ° C.
  • the melting point of aluminum is 660 ° C.
  • the electrolysis temperature must be set 100 to 150 ° C higher than the melting point of aluminum. In other words, the ideal electrolysis temperature is in the range of 750 to 800 ° C.
  • electrolytes having a low melting point are preferably used to lower the electrolysis temperature.
  • electrolytes having a low melting point are preferably used to lower the electrolysis temperature.
  • magnesium fluoride or lithium fluoride or lithium hexafluoaluminate is added and the ratio of NaF to AlF 3 in the cryolite is reduced.
  • the electrolysis temperature can be lowered.
  • cryolite-alumina molten salt was introduced as the base electrolyte system for industrial aluminum electrolysis.
  • experiments have been carried out to replace the cryolite by chloride, carbonate, sulfide, sulfate, aluminate, such replacement has not had any effect. Therefore, improvements are desired to improve the physical and chemical properties of the same by adding some salts to the cryolite-alumina solution and to improve the economic and technical indicators in aluminum electrolysis production.
  • Such salts are referred to as additives.
  • the salt additives should meet the following requirements:
  • the additives do not decompose in the electrolysis, which ensures the quality of the aluminum product; the additives can improve the physical and chemical properties of the cryolite-alumina solution (e.g., lowering the melting point, improving the conductivity, lowering the solubility of aluminum or reducing the vapor pressure, or the like); the additives do not significantly affect the solubility of the alumina in the cryolite solution; and the additives can be easily obtained from extensive sources and are inexpensive.
  • the additives used in experiments and in practice have the following components: calcium fluoride, magnesium fluoride, lithium fluoride or lithium hexafluorophosphate.
  • the electrolysis temperature of aluminum can be lowered.
  • the liquidus temperature of the molten cryolite salt system is lowered by an average value (° C / 1% added amount) in the following order: LiF 7,8 Alf 3 5.0 NaCl 4.6 MgF 2 6.0 KF 4.8 CaF 2 2.4 BaCl 2 5.6 Al 2 O 3 4,6 NaF 1.8
  • the above is based on pure cryolite, the melting point of pure cryolite being 1010 ° C.
  • the additives commonly used in the modern aluminum industry reduce the solubility and dissolution rate of the alumina in the cryolite solution.
  • the solubility of the alumina in the cryolite can be increased from 13.5% to 11.6% (with LiF as additive), to 11% (with CaF 2 as additive) and to 10 , 2% (with MgF 2 as an additive).
  • the effect of the additives on the dissolution rate of the alumina is similar.
  • the inventor has surprisingly found that when low molecular weight potassium cryolite is used as an additive to replace the above substance, the solubility and dissolution rate of the alumina in the cryolite solution are significantly improved (when the content of the potassium in the electrolyte is 5) %, the solubility of the alumina in the cryolite is improved from 13.5% to 17%, and the increase in dissolution rate is similar).
  • potassium cryolite is less corrosive Caused by sodium cryolite when low molecular weight potassium cryolite is used as an additive.
  • the method for industrially producing the potassium cryolite generally uses a synthesis method in which anhydrous hydrofluoric acid reacts with an aluminum hydroxide to form a fluoaluminic acid; then the fluoalumic acid reacts with a potassium hydroxide at a high temperature; After filtration, drying, melting and grinding, the potassium cryolite is prepared.
  • the potassium cryolite synthesized by this method has a molecular ratio m in a range of 2.0 to 3.0, and the melting point is high.
  • the cryolite (independent of sodium cryolite or potassium cryolite) synthesized according to conventional industrial synthesis methods has a molecular ratio m in a range of 2.0 to 3.0, and it is difficult to obtain the relatively pure low molecular ratio cryolite having a molecular ratio m in the range of 1.0 to 1.5.
  • the inventor has done much of the research in the selection and manufacture of an electrolyte supplement system and has unexpectedly found that by replacing the conventional electrolyte additive system with a low molecular weight cryolite electrolyte additive system for aluminum electrolysis Electrolysis temperature during aluminum electrolysis, especially without the need to modify the conventional electrolysis process, is significantly reduced, thereby reducing electrical energy consumption reduced and the electricity yield can be improved and the overall production costs are reduced.
  • a process for the production of electrolytic aluminum comprises the following steps: Step A: Start the electrolysis in an electrolytic tank with a Na 3 AlF 6 -Al 2 O 3 system or a mixed system of sodium cryolite Na 3 AlF 6 , potassium cryolite mKF • AlF 3 and Al 2 O 3 , continuously carrying out the Electrolysis and addition of Na 3 AlF 6 -AlF 3 until a furnace runs properly.
  • the above method further comprises: mixing the potassium cryolite mKF • AlF 3 and the sodium cryolite Na 3 AlF 6 at a certain ratio and providing a system with Al 2 O 3 , and then placing the system directly in the electrolytic tank to electrolysis therein to start.
  • Step B Addition of an electrolyte supplement system comprising the potassium cryolite mKF • AlF 3 , AlF 3 and Na 3 AlF 6 and on-site monitoring of a mass percentage of a potassium element in the electrolyte in the electrolytic tank so that the mass percentage of the potassium element is in the range of 5% to 10%. lies.
  • the low molecular ratio potassium cryolite is mKF • AlF 3 and m ranges from 1.0 to 3.0.
  • step A after electrolysis is started in the electrolytic tank using a Na 3 AlF 6 -Al 2 O 3 system, the electrolysis is carried out continuously, adding Na 3 AlF 6 -AlF 3 as an electrolyte addition system until the furnace is downright running.
  • the electrolysis in the electrolysis tank can also be started using a Na 3 AlF 6 -mKF • AlF 3 -Al 2 O 3 system, where m ranges from 1.0 to 3.0.
  • m ranges preferably from 1.0 to 1.5.
  • an electrolysis additive system comprising the potassium cryolite mKF • AlF 3 , AlF 3 and Na 3 AlF 6 further comprises: adding a mixture of potassium cryolite mKF • AlF 3 , AlF 3 and Na 3 AlF 6 , or adding an electrolyte addition system comprising a mixture of potassium cryolite AlF 3 , Na 3 AlF 6 and potassium cryolite mKF • AlF 3 .
  • the addition of the additive system also includes increasing the potassium content in the electrolyte in the electrolytic tank from 3% to 5% to 5% to 10%. Increasing the potassium level may further reduce the electrolysis temperature, but the electrolysis temperature should not be lowered below 750 ° C. Otherwise, normal production may fail because the melting point of liquid aluminum is 660 ° C.
  • the solubility property of the alumina is improved, so that the electrolysis temperature is lowered, the electric power consumption is reduced, the efficiency of electrolysis is improved, and the overall production cost is reduced become.
  • the component component of the low molecular ratio potassium cryolite refers to the following categories: the K content is from 28 to 38%, the Al content is from 13 to 21%, and the F content is from 38 to 52%.
  • the electrolysis in step A is started in the electrolytic tank using a system comprising a mixture of sodium cryolite Na 3 AlF 6 and potassium cryolite mKF • AlF 3 and Al 2 O 3 , the mass ratio of the sodium cryolite Na 3 AlF 6 to the potassium cryolite mKF • AlF 3 between 1.5 and 5 lies.
  • the electrolysis can be started in the electrolysis tank using the Na 3 AlF 6 -mKF • AlF 3 -Al 2 O 3 system.
  • the mass ratio of Na 3 AlF 6 to mKF • AlF 3 is to be noted, with preferred proportions being 7: 3, 9: 1 and 10.5: 0.5.
  • m ranges from 1.0 to 1.5.
  • the solubility of the alumina can be improved, significantly lowering the electrolysis temperature, reducing the electric power consumption will improve the electrolysis efficiency and reduce the overall production costs.
  • the present invention achieves the following advantageous effects:
  • the electrolysis temperature during aluminum electrolysis especially without the need to modify the conventional electrolysis process, can be significantly reduced, thereby reducing electrical energy consumption, current efficiency be improved in production and the overall production costs can be reduced.
  • the use of the low molecular ratio potassium cryolite as an electrolyte replenishment system for use in industrial aluminum electrolysis has the following advantages: (1) The conventional structure of the electrolytic tank, the electrolytic process, and various material designs need not be changed, and the electrolysis temperature may be lowered during the Aluminum electrolysis are significantly reduced (on average by 10 ° C); Compared with the conventional aluminum electrolysis, the current efficiency is improved by 1%, that is, 500 to 700 kWh of electric energy saved each ton of aluminum during the production; (2) In particular, the addition of low molecular ratio potassium cryolite can improve the solubility and rate of dissolution of Al 2 O 3 in the electrolyte, with commonly found or various components used to lower the electrolysis temperature of aluminum: CaF 2 , MgF 2 , LiF 2 , Li 3 AlF 6 and the like, all of which are capable of reducing the solubility of Al 2 O 3 in the electrolyte; the improvement of the solubility of Al 2 O 3 in the electrolyte can markedly increase
  • the electrolysis was started in an electrolytic tank using the system of Na 3 AlF 6 , AlF 3 and Al 2 O 3 and the electrolysis was carried out for 3 months or more than 3 months until an oven runs regularly; wherein the additive system comprises Na 3 AlF 6 and AlF 3 , and other conditions are similar to those in Embodiment 1.
  • the electrolysis was started in an electrolytic tank using a system of Na 3 AlF 6 , AlF 3 and Al 2 O 3, and the electrolysis was carried out for 3 months or more than 3 months until an oven runs regularly; wherein the additive system comprises Na 3 AlF 6 and AlF 3 , and other conditions are similar to those in Embodiment 2.
  • Aluminum fluoride, Na 3 AlF 6 and potassium cryolite KF • AlF 3 were added according to an additional rule that the potassium element content added to each stack was increased by 0.2% to 0.3% over a previous stack. The addition was made every day, and a mass percentage of the potassium element in the electrolyte in the electrolytic tank was monitored on-site, so that the mass percentage of the potassium element was controlled within a range of 5% to 10%.
  • the electrolysis was started in an electrolytic tank using a system of Na 3 AlF 6 , AlF 3 and Al 2 O 3 , and the electrolysis was continued for 3 months or more than 3 months until a furnace runs regularly; wherein the additive system comprises Na 3 AlF 6 and AlF 3 , and other conditions are similar to those in Embodiment 3 .
  • the potassium cryolite KF • AlF 3 obtained was used as an electrolyte supplement during the aluminum electrolysis, with an electrolyte supplement comprising aluminum fluoride, Na 3 AlF 6 and potassium cryolite KF • AlF 3 added according to an additional rule that the potassium element content entering each stack was increased by 0.2% to 0.3% over a previous stack.
  • a mass percentage of the potassium element in the electrolyte in the electrolytic tank was monitored on-site so that the mass percentage of the potassium element was maintained within a range of 5% to 10%.
  • the electrolysis temperature can be lowered significantly, eventually decreasing to a range of 850 to 880 ° C. Since that Potassium Cryolite KF • AlF 3 has a strong corrosivity, to prolong the life of the electrolyte tank, the anode and the cathode of the electrolyte tank must be subjected to a surface treatment with both an inert gas or as an element.
  • the electrolysis was started by using the system of Na 3 AlF 6 , AlF 3 and Al 2 O 3 in an electrolytic tank, and the electrolysis was continued for 3 months or more than 3 months until a furnace runs regularly; wherein the additive system comprises Na 3 AlF 6 and AlF 3 and other conditions are similar to those in Embodiment 4.
  • the obtained potassium cryolite KF • AlF 3 was used during the aluminum electrolysis as electrolyte addition system; Aluminum fluoride, Na 3 AlF 6 and potassium cryolite KF • AlF 3 were added as an additional rule that the potassium element content added to each stack was increased by 0.2% to 0.3% over a previous stack. A mass percentage of the potassium element in the electrolyte in the electrolytic tank was monitored on-site so that the mass percentage of the potassium element was maintained within a range of 5% to 10%.
  • the electrolysis temperature can be lowered significantly, eventually decreasing to a range of 870 to 890 ° C. Since the potassium cryolite KF ⁇ AlF 3 has high corrosivity, to prolong the life of the electrolyte tank, the anode and the cathode of the electrolyte tank must be subjected to surface treatment with both an inert gas or an element.
  • the electrolysis was started in an electrolyte tank using a system of Na 3 AlF 6 , AlF 3 and Al 2 O 3 and the electrolysis was carried out for 3 months or more than 3 months until a furnace runs regularly.
  • the adjunct system includes Na 3 AlF 6 , AlF 3 and KF • AlF 3 and the adjunct system was increased every day by an additional rule that the potassium element content added to each stack is increased by 3% to 5% over a previous stack, until the potassium element content reaches 5% and other conditions are similar to those in Embodiment 5.
  • the electrolysis was started in an electrolytic tank using a system of Na 3 AlF 6 , AlF 3 and Al 2 O 3 , the electrolysis was continued for 3 months or more than 3 months until a furnace runs regularly; wherein the additive system comprises Na 3 AlF 6 , AlF 3 and potassium cryolite 1.5 KF • AlF 3 ; the adjunct system was increased daily by an additional rule that the potassium element content added to each stack increased by 3% to 5% over a previous stack until the potassium element content reached 5%; and other conditions are the same as those of Embodiment 6.
  • Table 1 Comparison of Economic and Technical Indicators of Working Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3: indicator Comparative Example 1 Embodiment 1 Comparative Example 2 Embodiment 2 Comparative Example 3 Embodiment 3 Average power consumption (A) 96.26 96.26 96242 96242 96.23 96.23 Medium voltage 4324 4.19 4307 4144 4.

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Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektrolytischem Aluminium, und insbesondere betrifft sie ein Verfahren zur Herstellung von elektrolytischem Aluminium unter Verwendung von Kaliumkryolith mit einem niedrigeren Molekularverhältnis als Zusatzsystem.
    • HINTERGRUND
  • Derzeit wird noch der herkömmliche Hall-Heroult-Prozeß in der industriellen Aluminiumelektrolyse verwendet. Elektrolyt nimmt immer ein Kryolith-Aluminiumoxid als Basissystem an und das Kryolith nimmt im Allgemeinen Natriumfluoaluminat an. In der Aluminiumproduktion ist die Elektrolysetemperatur ein sehr wichtiger technischer Parameter. Die Elektrolysetemperatur bezieht sich auf die Temperatur des Elektrolyten, welche in einem Temperaturbereich liegt, der in der Regel im Bereich von 950 bis 970°C ist, und ist im Allgemeinen höher als die Liquidustemperatur des Elektrolyten von 20 bis 30°C. Der Schmelzpunkt von Aluminium ist 660°C. Um flüssiges Aluminium herzustellen, muss die Elektrolysetemperatur um 100 bis 150°C höher als der Schmelzpunkt von Aluminium eingestellt werden. In anderen Worten heißt das, dass die ideale Elektrolysetemperatur im Bereich von 750 bis 800°C liegt. Jedoch hat der derzeit verwendete Elektrolyt mit Kryolith-Aluminiumoxid als Basissystem eine hohe Liquidustemperatur. Daher ist die Elektrolysetemperatur entsprechend hoch. Im Ergebnis nimmt der Lösungsverlust im elektrolytischen Tank zu, die Stromausbeute verringert sich und in der Zwischenzeit erhöhen sich auch Verbrauch der elektrischen Energie und des Materials, was nachteilig für die Produktion ist. Daher wird in der modernen Aluminiumindustrie Elektrolyte mit einem niedrigen Schmelzpunkt bevorzugt verwendet, um die Elektrolysetemperatur abzusenken. So wird beispielsweise Magnesiumfluorid oder Lithiumfluorid oder Lithium-Hexafluoaluminat zugegeben und das Verhältnis von NaF zu AlF3 im Kryolith wird reduziert. Somit kann die Elektrolysetemperatur abgesenkt werden.
  • Mit dem Aufkommen des Hall-Heroult-Verfahrens wurde für die industrielle Aluminiumelektrolyse das Kryolith-Aluminiumoxid-Schmelzsalz als Basiselektrolytsystem eingeführt. Obwohl Experimente zum Ersatz des Kryolits durch Chlorid, Carbonat, Sulfid, Sulfat, Aluminat durchführt wurden, hat ein solcher Austausch keine Wirkung erzielt. Daher sind Verbesserungen erwünscht, um durch Hinzugeben einiger Salze in die Kryolith-Aluminiumoxid-Lösung die physikalischen und chemischen Eigenschaften derselben zu verbessern und um die wirtschaftlichen und technischen Indikatoren in der Aluminium-Elektrolyse-Produktion zu verbessern. Solche Salze werden als Additive bezeichnet.
  • Die Salzadditive sollten die folgenden Anforderungen erfüllen: Die Additive zerfallen in der Elektrolyse nicht, wodurch die Qualität des Aluminiumprodukts gewährleistet ist; die Additive können die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Kryolith-Aluminiumoxid-Lösung verbessern (beispielsweise die Verringerung der Schmelzpunkts, die Verbesserung der Leitfähigkeit, eine Senkung der Löslichkeit von Aluminium oder Reduzierung des Dampfdrucks oder dergleichen); die Additive beeinträchtigen nicht wesentlich die Löslichkeit des Aluminiumoxids in der Kryolith-Lösung; und die Additive können einfach aus umfangreichen Quellen gewonnen werden und sind günstig.
  • Bisher weisen die in Versuchen und in der Praxis verwendeten Additive die folgenden Komponenten auf: Calciumfluorid, Magnesiumfluorid, Lithiumfluorid oder Lithiumhexafluorophosphat. Durch Zugabe solcher Komponenten kann die Elektrolysetemperatur von Aluminium gesenkt werden. Innerhalb einem Zugabebereich von 10% wird die Liquidustemperatur des geschmolzenen Kryolith-Salzsystems um einen Durchschnittswert (°C/1% zugesetzte Menge) in der folgenden Reihenfolge gesenkt:
    LiF 7,8 AlF3 5,0 NaCl 4.6
    MgF2 6.0 KF 4,8 CaF2 2.4
    BaCl2 5,6 Al2O3 4,6 NaF 1,8
  • Oben Genanntes basiert auf reinem Kryolith, wobei der Schmelzpunkt des reinen Kryoliths 1010°C ist. Jedoch reduzieren die Zusatzstoffe, welche in der modernen Aluminiumindustrie häufig verwendet werden, die Löslichkeit und Lösungsgeschwindigkeit des Aluminiumoxid in der Kryolith-Lösung.
  • Wenn die Konzentration der Additive 5% (Gewicht) beträgt, kann beispielsweise die Löslichkeit des Aluminiumoxids im Kryolith von 13,5% auf 11,6% (mit LiF als Zusatz), auf 11% (mit CaF2 als Zusatz) und auf 10,2% (mit MgF2 als Zusatz) reduziert werden. Die Wirkung durch die Additive auf die Lösungsgeschwindigkeit des Aluminiumoxids ist ähnlich. Jedoch hat der Erfinder überraschenderweise festgestellt, dass, wenn Kaliumkryolith mit niedrigem Molekularverhältnis als Zusatz verwendet wird, um die oben genannte Substanz zu ersetzen, werden die Löslichkeit und Lösungsgeschwindigkeit des Aluminiumoxids in der Kryolith-Lösung erheblich verbessert (wenn der Gehalt des Kaliums im Elektrolyt 5% beträgt, wird die Löslichkeit des Aluminiumoxids im Kryolith von 13,5% auf 17% verbessert, und die Erhöhung der Lösungsgeschwindigkeit ist ähnlich).
  • Bei der Anwendung des Kaliumkryolith in der industriellen Aluminiumelektrolyse ist ein anderes Thema, womit man sich befasst, die Durchlässigkeit des Kathodenkohlenstoffmaterials oder - unter allgemeiner Bezeichnung - die Korrosivität. Es wird traditionell angenommen, dass die korrodierende Wirkung des Kaliumelements größer als die des Natriumelements. Jedoch hängt die Korrosion des Kaliumelements auf das Kohlenstoffmaterial nicht nur von dem Element selbst ab, sondern ist eng mit dem Status, den Eigenschaften und der Temperatur der koexistierenden Anionen verbunden. Beispielsweise hat Natrium- Fluoaluminat mit einem hohem Molekularverhältnis (NaF/AlF3 = 3,0) eine Korrosivität größer als die von Natrium-Fluoaluminat mit niedrigem Molekularverhältnis (NaF/AlF3 = 2,0-2,5). Wenn jedoch das Additiv eine größere Korrosivität hat, kann die Lebensdauer der Elektrolysebehälter verkürzt sein, und somit können sich die umfassende Kosten der Aluminiumelektrolyse erhöhen. Jedoch hat der Erfinder weiterhin überraschenderweise herausgefunden, dass Kaliumkryolith weniger Korrosion an Kohlenstoffen versursacht, als es von Natriumkryolith verursacht wird, wenn Kaliumkryolith mit niedrigem Molekularverhältnis als Zusatzstoff verwendet wird. Die Versuchsergebnisse haben gezeigt, dass unter den gleichen Bedingungen die korrodierende Wirkung der Komponenten am Kohlenstoffmaterial wie folgt sequenziert wird:

            KF > K3AlF6 (3.0KF • AlF3) > Na3AlF6 (3.0NaF • AlF3) > mKF • AIF (m = 1,0 bis 1,5) > nNaF • AIF (n = 1,0 bis 1,5)

  • Das Verfahren zur industriellen Herstellung des Kaliumkryolith verwendet im Allgemeinen ein Syntheseverfahren, bei dem eine wasserfreie Fluorwasserstoffsäure mit einem Aluminiumhydroxid reagiert, um ein Fluoaluminsäure zu bilden; dann reagiert die Fluoaluminsäure bei einer hohen Temperatur mit einem Kaliumhydroxid; nach Filtrieren, Trocknen, Schmelzen und Zerkleinern ist der Kaliumkryolith hergestellt. Das Kaliumkryolith, welches mittels dieses Verfahrens synthetisiert wird, hat jedoch ein Molekularverhältnis m in einem Bereich von 2,0 bis 3,0, und der Schmelzpunkt ist hoch. Der Kryolith (unabhängig von Natriumkryolith oder Kaliumkryolith), welche gemäß herkömmlichen industriellen Syntheseverfahren synthetisiert wird, hat ein Molekularverhältnis m in einem Bereich von 2,0 bis 3,0, und es ist schwierig, die relativ reine Kryolith mit niedrigem Molekularverhältnis mit einem molekularen Verhältnis m im Bereich von 1,0 bis 1,5 zu erhalten.
    • ZUSAMMENFASSUNG
  • Um die technischen Probleme des Standes der Technik zu lösen, hat der Erfinder einen Großteil der Forschung in der Auswahl und Herstellung eines Elektrolytenzusatzsystems erledigt und hat - unerwartet - festgestellt, dass durch Ersetzen des herkömmlichen Elektrolytzusatzsystems durch ein Kryolithelektrolytenzusatzsystem mit einem niedrigem Molekularverhältnis für die Aluminiumelektrolyse die Elektrolysetemperatur während der Aluminiumelektrolyse, insbesondere ohne die Notwendigkeit, das herkömmliche Elektrolyseverfahren zu modifizieren, wesentlich gesenkt wird, wodurch der elektrische Energieverbrauch gesenkt und die Stromausbeute verbessert sowie die umfassenden Produktionskosten reduziert werden.
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung von elektrolytischem Aluminium zur Verfügung gestellt, welches die folgenden Schritte umfasst:
    Schritt A: Start der Elektrolyse in einem elektrolytischen Tank mit einem Na3AlF6-Al2O3-System oder einem gemischten System aus Natrium-Kryolith Na3AlF6, Kaliumkryolith mKF • AlF3 und Al2O3, kontinuierliche Durchführung der Elektrolyse und Hinzufügen voin Na3AlF6-AlF3 bis ein Ofen regelgerecht läuft.
  • Das oben genannte Verfahren umfasst weiterhin: Vermischen des Kaliumkryolith mKF • AlF3 und des Natriumkryolith Na3AlF6 nach einem bestimmten Verhältnis und Schaffen eines Systems mit Al2O3, und anschließend direktes Einsetzen des Systems in den elektrolytischen Tank, um die Elektrolyse darin zu starten.
  • Schritt B: Hinzufügen eines Elektrolytzusatzsystems umfassend den Kaliumkryolith mKF • AlF3, AlF3 und Na3AlF6 und Vor-Ort-Überwachung eines Masseprozentgehalts eines Kaliumelements im Elektrolyten im Elektrolysebehälter, so dass der Masseprozentgehalt des Kaliumelements im Bereich von 5% bis 10% liegt.
  • Der Kaliumkryolith mit einem niedrigem Molekularverhältnis ist mKF • AlF3 und m reicht von 1,0 bis 3,0.
  • In Schritt A wird, nachdem die Elektrolyse in dem Elektrolysebehälter unter Verwendung eines Na3AlF6-Al2O3-Systems gestartet wurde, die Elektrolyse kontinuierlich durchgeführt, wobei Na3AlF6 -AlF3 als Elektrolytzusatzsystem zugegeben wird, bis der Ofen regelrecht läuft. Allerdings kann die Elektrolyse im Elektrolysebehälter auch unter Verwendung eines Na3AlF6 - mKF • AlF3-Al2O3-Systems gestartet werden, wobei m von 1,0 bis 3,0 reicht. Bezüglich der Inbetriebnahme der Elektrolyse unter Verwendung des Na3AlF6 - mKF • AlF3-Al2O3-Systems reicht m vorzugsweise von 1,0 bis 1,5.
  • Die Zugabe eines Elektrolysezusatzsystems, umfassend den Kaliumkryolith mKF • AlF3, AlF3 und Na3AlF6, umfasst weiterhin: Hinzufügen einer Mischung aus Kaliumkryolith mKF • AlF3, AlF3 und Na3AlF6, oder Hinzufügen eines Elektrolytzusatzsystems, welches eine Mischung aus Kaliumkryolith AlF3, Na3AlF6 und Kaliumkryolith mKF • AlF3 umfasst.
  • Die Zugabe des Zusatzsystem umfasst auch eine Erhöhung des Kaliumgehalts in dem Elektrolyten im Elektrolysebehälter von einem Anteil von 3% bis 5% bis zu einem Anteil von 5% bis 10%. Eine Erhöhung des Gehalts an Kalium kann zu einer weiteren Verringerung der Elektrolysetemperatur führen, jedoch sollte die Elektrolysetemperatur nicht unter 750°C gesenkt werden. Andernfalls kann die normale Produktion fehlschlagen, da der Schmelzpunkt des flüssigen Aluminiums bei 660°C liegt.
  • Wenn das Elektrolytenzusatzsystem gemäß der vorliegenden Offenbarung mit der obigen technischen Lösung in der industriellen Aluminiumelektrolyse angewandt wird, verbessert sich die Löslichkeitseigenschaft des Aluminiumoxids, so dass die Elektrolysetemperatur abgesenkt wird, der elektrische Energieverbrauch reduziert wird, die Effizienz der Elektrolyse verbessert wird und die umfassenden Produktionskosten reduziert werden.
  • Der Komponentenbestandteil des Kaliumkryolith mit einem niedrigem Molekularverhältnis bezieht sich auf die folgenden Kategorien: Der K-Gehalt ist von 28 bis 38%, der Al-Gehalt ist von 13 bis 21%, und der F-Gehalt ist von 38 bis 52%.
  • Vorzugsweise wird die Elektrolyse in Schritt A im Elektrolysetank unter Verwendung eines Systems mit einer Mischung von Natriumkryolith Na3AlF6 und Kaliumkryolith mKF • AlF3 und Al2O3 begonnen, wobei das Massenverhältnis des Natriumkryolith Na3AlF6 zum Kaliumkryolith mKF • AlF3 zwischen 1,5 und 5 liegt.
  • Die Elektrolyse kann im Elektrolysetank unter Verwendung des Na3AlF6 - mKF • AlF3-Al2O3-Systems begonnen werden. In einem solchen Startmodus, ist das Massenverhältnis von Na3AlF6 zu mKF • AlF3 anzumerken, wobei bevorzugte Mengenverhältnisse bei 7:3, 9:1 und 10,5:0,5 liegen.
  • Vorzugsweise reicht m von 1,0 bis 1,5. Wenn das Kaliumkryolith mit einem niedrigem Molekularverhältnis, wobei m von 1,0 bis 1,5 reicht, mit dieser technischen Lösung bei der industriellen Aluminiumelektrolyse angewendet wird, kann die Löslichkeit des Aluminiumoxids verbessert werden, wobei die Elektrolysetemperatur deutlich gesenkt wird, der elektrische Energieverbrauch reduziert wird, die Elektrolyseeffizienz verbessert wird und die umfassenden Produktionskosten reduziert werden.
  • Im Vergleich zum Stand der Technik erzielt die vorliegende Erfindung die folgenden vorteilhaften Wirkungen:
    Durch Anwendung des Kaliumkryolith mit niedrigem Molekularverhältnis als Elektrolytergänzungssystem für den Einsatz in der industriellen Aluminiumelektrolyse gemß der vorliegenden Erfindung kann die Elektrolysetemperatur während der Aluminiumelektrolyse, insbesondere ohne die Notwendigkeit, das herkömmliche Elektrolyseverfahren zu modifizieren, erheblich reduziert werden, wodurch der elektrische Energieverbrauch gesenkt, die Stromausbeute in der Produktion verbessert und die umfassenden Produktionskosten verringert werden können.
  • Entsprechend der vorliegenden Offenbarung hat die Anwendung des Kaliumkryolith mit niedrigem Molekularverhältnis als Elektrolytergänzungssystem für den Einsatz in der industriellen Aluminiumelektrolyse die folgenden Vorteile: (1) Die herkömmliche Struktur des elektrolytischen Tanks, das Elektrolyseverfahren und verschiedene Materialausführungen müssen nicht verändert werden und die Elektrolysetemperatur kann während der Aluminiumelektrolyse erheblich gesenkt werden (durchschnittlich um 10 ° C); verglichen mit der herkömmlichen Aluminiumelektrolyse wird die Stromausbeute um 1% verbessert, d.h, 500 bis 700 kWh elektrische Energie wird während der Erzeugung jeder Tonne Aluminium gespart; (2) die Zugabe von Kaliumkryolith mit niedrigem Molekularverhältnis kann insbesondere die Löslichkeit und die Lösungsgeschwindigkeit von Al2O3 im Elektrolyten verbessern, wobei üblicherweise gefundene oder verschiedene verwendete Komponenten zur Senkung der Elektrolysetemperatur von Aluminium umfassen: CaF2, MgF2, LiF2, Li3AlF6 und dergleichen, die alle in der Lage sind, die Löslichkeit von Al2O3 im Elektrolyten zu reduzieren; die Verbesserung der Löslichkeit von Al2O3 im Elektrolyten kann die Ausbeute des Aluminiumelektrolytentanks deutlich erhöhen, wobei die Ausbeute im Vergleich zur herkömmlichen Ausbeute um 5% bis 30% verbessert wird; (3) das Kaliumkryolith als Zusatzsystem der Aluminiumelektrolyse wird in den Elektrolysebehälter gegeben und die Elektrolyse wird für eine lange Zeit durchgeführt, was im Vergleich zum Natriumkryolith zu einer verarmten Korrosivität am Kohlenstoffkathodenmaterial führt oder derart dargestellt werden kann, dass keine Änderungen in der Durchlässigkeit des Kohlenstoffkathodenmaterials im Vergleich zur herkömmlichen Natriumkryolith auftreten.
    • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die vorliegende Erfindung wird im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen und Ausführungsbeispiele beschrieben.
    • Ausführungsbeispiel 1
  • 1 Tonne Aluminium wurde gewogen und in einen Reaktor gegeben, nach der Vakuumisierung wurde Argon in den Reaktor zum Schutz injiziert, der Reaktor wurde auf eine Temperatur von 780°C erhitzt, trockenes Kaliumtetrafluoroborat wurde langsam in den Reaktor gegeben, und zwar, entsprechend einem für die Reaktion spezifizierten Verhältnis, und schnell für 5 Stunden umgerührt, Bor und Kaliumkryolith KF • AlF3 wurden zugegeben, der Deckel des Reaktors wurde geöffnet, und eine aufliegende Schicht geschmolzener Flüssigkeit Kaliumkryolith KF • AlF3 wurde mit einer Hebepumpe gepumpt.
  • Die Elektrolyse besteht aus folgenden Schritten:
    • Schritt A: Beginn der Elektrolyse in einem Elektrolysebehälter unter Verwendung eines Systems von Na3AlF6, AlF3 und Al2O3, Durchführung der Elektrolyse für 3 Monate oder mehr als 3 Monate bis ein Ofen regelrecht läuft; und
    • Schritt B: Zugabe eines Elektrolytzusatzsystems während der Aluminiumelektrolyse gemäß einer zusätzlichen Regel, dass der Kaliumelementgehalt, der in jeden Stapel zugegeben wurde, um 0,2% bis 0,3% gegenüber einem früheren Stapel erhöht wurde, Zugabe von Aluminiumfluorid, Na3AlF6 und Kaliumkryolith KF AlF3 und Vor-Ort-Überwachung des Masseprozentgehalts des Kaliumelements im Elektrolyten im Elektrolysebehälter, wobei sich mit der Erhöhung der Konzentration von Kalium auch die Löslichkeit von Al2O3 im Elektrolyten erhöht und wobei der Masseprozentgehalt des Kaliumelements innerhalb eines Bereichs von 5% bis 10% geregelt wird.
    Vergleichsbeispiel 1
  • Die Elektrolyse wurde in einem Elektrolysetank unter Verwendung des Systems von Na3AlF6, AlF3 und Al2O3 gestartet und die Elektrolyse wurde für 3 Monate oder mehr als 3 Monate durchgeführt, bis ein Ofen regelmäßig läuft; wobei das Zusatzsystem Na3AlF6 und AlF3 umfasst und andere Bedingungen denjenigen im Ausführungsbeispiel 1 gleichen.
    • Ausführungsbeispiel 2
  • 1 Tonne Aluminium wurde gewogen und in einen Reaktor gegeben, nach der Vakuumisierung wurde Argon in den Reaktor zum Schutz injiziert, der Reaktor wurde auf eine Temperatur von 800°C erhitzt, trockenes Kaliumfluotitanat wurde langsam dem Reaktor entsprechend einem für die Reaktion spezifischen Verhältnis zugegeben und für 5 Stunden schnell umgerührt, Titanschwamm und Kaliumkryolith KF • AlF3 wurden zugegeben, der Deckel des Reaktors wurde geöffnet, und eine aufliegende Schicht geschmolzener Flüssigkeit Kaliumkryolith KF • AlF3 wurde mit einer Hebepumpe gepumpt.
  • Ein Elektrolytzusatzsystem KF • AlF3 wurde während der Aluminiumelektrolyse in den regulären Ofen entsprechend der zusätzlichen Regel zugegeben, dass der Kaliumelementgehalt, welcher in jeden Stapel zugegeben wurde, um 0,2% bis 0,3% gegenüber einem vorherigen Stapel erhöht wurde, und Aluminiumfluorid, Na3AlF6 und Kaliumkryolith KF AlF3 zugegeben wurden. Die Zugabe wurde jeden Tag durchgeführt und ein Masseprozentgehalt des Kaliumelements im Elektrolyten im Elektrolysebehälter wurde vor Ort überwacht, so dass der Masseprozentgehalt des Kaliumelements innerhalb eines Bereichs von 5% bis 10% geregelt wurde.
    • Vergleichsbeispiel 2
  • Die Elektrolyse wurde in einem Elektrolysetank begonnen unter Verwendung eines Systems von Na3AlF6, AlF3 und Al2O3 und die Elektrolyse wurde für 3 Monate oder mehr als 3 Monate durchgeführt bis ein Ofen regelmäßigen läuft; wobei das Zusatzsystem Na3AlF6 und AlF3 umfasst und andere Bedingungen denjenigen im Ausführungsbeispiel 2 gleichen.
    • Ausführungsbeispiel 3
  • 1 Tonne Aluminium wurde gewogen und in einen Reaktor gegeben, nach der Vakuumisierung wurde Argon in den Reaktor zum Schutz injiziert, der Reaktor wurde auf eine Temperatur von 780°C erhitzt, trockenes Kaliumtetrafluoroborat wurde langsam dem Reaktor entsprechend einem für die Reaktion spezifischen Verhältnis zugegeben und für 5 Stunden schnell umgerührt, Bor und Kaliumkryolith KF • AlF3 wurden zugegeben, der Deckel des Reaktors wurde geöffnet, und eine aufliegende Schicht geschmolzener Flüssigkeit Kaliumkryolith KF • AlF3 wurde mit einer Hebepumpe gepumpt.
  • Aluminiumfluorid, Na3AlF6 und Kaliumkryolith KF • AlF3 wurden gemäß einer zusätzlichen Regel zugegeben, dass der Kaliumelementegehalt, welcher in jeden Stapel zugegeben wurde, um 0,2% bis 0,3% gegenüber einem vorherigen Stapel erhöht wurde. Die Zugabe wurde jeden Tag durchgeführt wird und ein Masseprozentgehalt des Kaliumelements im Elektrolyten im Elektrolysebehälter wurde vor Ort überwacht, so dass der Masseprozentgehalt des Kaliumelements innerhalb eines Bereichs von 5% bis 10% geregelt wurde.
    • Vergleichsbeispiel 3
  • Die Elektrolyse wurde in einem Elektrolysetank unter Verwendung eines Systems von Na3AlF6, AlF3 und Al2O3 begonnen und die Elektrolyse wurde für 3 Monate oder mehr als 3 Monate fortgeführt, bis ein Ofen regelmäßigen läuft; wobei das Zusatzsystem Na3AlF6 und AlF3 umfasst und andere Bedingungen denjenigen im Ausführungsbeispiel 3 gleichen.
    • Ausführungsbeispiel 4
  • 5 Tonnen Aluminium wurden gewogen und in einen Reaktor gegeben, der Reaktor wurde auf einer Temperatur von 750°C erhitzt, 2 Tonnen trockene Mischung aus Kaliumfluorborat und Kaliumfluotitanat wurden langsam dem Reaktor gemäß einem für die Reaktion bestimmten Verhältnis zugegeben, wobei das Molekularverhältnis von Kaliumtetrafluoroborat zu Kaliumfluozirconat 2:1 ist, und die Reaktanten wurden für 4 Stunden schnell umgerührt wurden, um eine Legierung aus Aluminium, Titan und Bor sowie Kaliumkryolith KF • AlF3 aufgrund übermäßigen Aluminium zu erhalten, wobei der Deckel des Reaktors geöffnet wurde, und eine aufliegende Schicht geschmolzener Flüssigkeit Kaliumkryolith KF • AlF3 mit einer Hebepumpe gepumpt wurde.
  • Das erhaltene Kaliumkryolith KF • AlF3 wurde während der Aluminiumelektrolyse als Elektrolytergänzungssystem verwendet, wobei ein Elektrolytergänzungssystem, welches Aluminiumfluorid, Na3AlF6 und Kaliumkryolith KF • AlF3 umfasst, entsprechend einer zusätzliches Regel zugegeben wurde, dass sich der Kaliumelementegehalt, welcher in jeden Stapel zugegeben wurde, um 0,2% bis 0,3% gegenüber einem früheren Stapel erhöht. Ein Masseprozentgehalt des Kaliumelements im Elektrolyten im Elektrolysebehälter wurde vor Ort überwacht, so dass der Masseprozentgehalt des Kaliumelements innerhalb eines Bereichs von 5% bis 10% gehalten wurde.
  • Mit der konstanten Zugabe des Elektrolytenzusatzsystems zum ständig verbrauchte Elektrolytenbasissystem kann die Elektrolysetemperatur erheblich gesenkt, schließlich bis einem Bereich von 850 bis 880°C gesenkt werden. Da das Kaliumkryolith KF • AlF3 eine starke Korrosivität hat, müssen zur Verlängerung der Lebensdauer des Elektrolytentanks die Anode und die Kathode des Elektrolytentanks einer Oberflächenbehandlung mit sowohl einem Inertgas oder als auch einem Element unterzogen werden.
    • Vergleichsbeispiel 4
  • Die Elektrolyse wurde unter Verwendung des Systems von Na3AlF6, AlF3 und Al2O3 in einem Elektrolysetank begonnen und die Elektrolyse wurde für 3 Monate oder mehr als 3 Monate fortgeführt, bis ein Ofen regelmäßigen läuft; wobei das Zusatzsystem Na3AlF6 und AlF3 umfasst und andere Bedingungen denjenigen in Ausführungsbeispiel 4 gleichen.
    • Ausführungsbeispiel 5
  • 1 Tonne Aluminium wurde gewogen und in einen Reaktor gegeben, nach der Vakuumisierung wurde Argon in den Reaktor zum Schutz injiziert, der Reaktor wurde auf eine Temperatur von 750°C erhitzt, eine Trockenmischung umfassend Kaliumfluorborat und Kaliumfluotitanat langsam zum Reaktor gemäß einem für die Reaktion bestimmten Verhältnis zugegeben, wobei ein Molekularverhältnis von Kaliumtetrafluoroborat zu Kaliumfluozirconat 2:1 ist, und die Reaktanten wurden für 5 Stunden schnell umgerührt wurden, um Titanborid und Kaliumkryolith KF • AlF3 zu erhalten, wobei die Abdeckung des Reaktors geöffnet wurde und eine aufliegende Schicht geschmolzener Flüssigkeit Kaliumkryolith KF • AlF3 mit einer Hebepumpe gepumpt wurde.
  • Das erhaltene Kaliumkryolith KF • AlF3 wurde während der Aluminiumelektrolyse als Elektrolytzusatzsystem verwendet; Aluminiumfluorid, Na3AlF6 und Kaliumkryolith KF • AlF3 wurden nach einer zusätzlichen Regel zugegeben, dass der Kaliumelementegehalt, welcher in jeden Stapel zugegeben wurde, um 0,2% bis 0,3% gegenüber einem vorherigen Stapel erhöht wurde. Ein Masseprozentgehalt des Kaliumelements im Elektrolyten im Elektrolysebehälter wurde vor Ort überwacht, so dass der Masseprozentgehalt des Kaliumelements innerhalb eines Bereichs von 5% bis 10% gehalten wurde.
  • Mit der konstanten Zugabe des Elektrolytenzusatzsystems zum ständig verbrauchte Elektrolytenbasissystem kann die Elektrolysetemperatur erheblich gesenkt, schließlich bis einem Bereich von 870 bis 890°C gesenkt werden. Da das Kaliumkryolith KF • AlF3 eine starke Korrosivität hat, müssen zur Verlängerung der Lebensdauer des Elektrolytentanks die Anode und die Kathode des Elektrolytentanks einer Oberflächenbehandlung mit sowohl einem Inertgas oder als auch einem Element unterzogen werden.
    • Vergleichsbeispiel 5
  • Die Elektrolyse wurde in einem Elektrolytentank unter Verwendung eines Systems von Na3AlF6, AlF3 und Al2O3 begonnen uns die Elektrolyse wurde für 3 Monate oder mehr als 3 Monaten durchgeführt, bis ein Ofen regulär läuft.
  • Das Zusatzsystem umfasst Na3AlF6, AlF3 und KF • AlF3 und das Zusatzsystem wurde jeden Tag nach einer zusätzlichen Regel, dass der Kaliumelementgehalt, welcher in jeden Stapel zugegeben wurde, um 3% bis 5% gegenüber einem früheren Stapel erhöht wird, bis der Kaliumelementgehalt 5% erreicht und andere Bedingungen denjenigen in Ausführungsbeispiel 5 gleichen.
    • Ausführungsbeispiel 6
  • 1 Tonne Aluminium wurde gewogen und in einen Reaktor gegeben, nach der Vakuumisierung wurde Argon in den Reaktor zum Schutz injiziert, der Reaktor wurde auf eine Temperatur von 850°C erhitzt, trockenes Kaliumfluotitanat wurde dem Reaktor langsam gemäß einem für die Reaktion bestimmten Verhältnis zugegeben und schnell für 6 Stunden umgerührt, die Abdeckung des Reaktors wurde geöffnet und eine aufliegende Schicht geschmolzener Flüssigkeit Kaliumkryolith 1,5 KF • AlF3 wurde mit einer Hebepumpe gepumpt.
  • Die Elektrolyse besteht aus folgenden Schritten:
    • Schritt A: Start der Elektrolyse in einem Elektrolysebehälter unter Verwendung eines Mischsystems aus Natriumkryolith Na3AlF6, Kaliumkryolith 1.5KF • AlF3 und Al2O3, Durchführung der Elektrolyse für 3 Monate oder mehr als 3 Monate bis ein Ofen regelmäßig ist; und
    • Schritt B: Zugabe eines Elektrolytenzusatzsystems während der Aluminiumelektrolyse, umfassend Aluminiumfluorid, Na3AlF6 und Kaliumkryolith 1,5 KF AlF3 gemäß einer zusätzlichen Regel, dass sich Kaliumelementgehalt, welcher in jeden Stapel zugegeben wurde, um 0,2% auf 0,3% gegenüber einem früheren Stapel erhöht, wobei das Masseverhältnis von Na3AlF6 zu AlF3 129:42 ist; und Vor-Ort-Überwachung des Masseprozentgehalts des Kaliumelements im Elektrolyten im Elektrolysebehälter, so dass der Masseprozentgehalt des Kaliumelements in einem Bereich von 5% bis 10% gehalten wird.
    Vergleichsbeispiel 6
  • Die Elektrolyse wurde in einem Elektrolysetank unter Verwendung eines Systems von Na3AlF6, AlF3 und Al2O3 begonnen, die Elektrolyse wurde für 3 Monate oder mehr als 3 Monate fortgeführt, bis ein Ofen regelmäßig läuft; wobei das Zusatzsystem Na3AlF6, AlF3 und Kaliumkryolith 1,5 KF • AlF3 umfasst; das Zusatzsystem wurde täglich nach einer zusätzlichen Regel, dass sich der Kaliumelementegehalt, welcher in jeden Stapel zugegeben wurde, um 3% bis 5% gegenüber einem vorherigen Stapel erhöht, bis der Kaliumelementegehalt 5% erreichte; und andere Bedingungen denjenigen des Ausführungsbeispiels 6 glichen. Tabelle 1: Vergleich der wirtschaftlichen und technischen Indikatoren der Ausführungsbeispiele 1 bis 3 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3:
    Indikator Vergleichsbeispiel 1 Ausführungsbeispiel 1 Vergleichsbeispiel 2 Ausführungsbeispiel 2 Vergleichsbeispiel 3 Ausführungsbeispiel 3
    Durchschnittliche Stromaufnahme (A) 96.26 96.26 96.242 96.242 96.23 96.23
    Mittlere Spannung 4.324 4.19 4.307 4.144 4. 28 4.03
    Tagesertrag des Tanks 703.382 714.313 702.630 713.388 700.567 710.36
    Stromausbeute des Aluminiumblocks (%) 90.73 92.14 90.65 92.038 90.54 92.12
    DC Stromverbrauch (kWh / t.Al) 14204 13854 14161 13417 14134 13406
    AC-Stromverbrauch (kWh / t.Al) 14749 13854 14701 13957 14687 13943
    Fluoridsalz / Kaliumsalz (kg) * 40/0 20/9 35/0 18/3 36/0 23/4
    Anodenblock Verlust (kg) 536 536 531 531 531 531
    Tabelle 2 Vergleich der wirtschaftlichen und technischen Indikatoren in den Beispielen 4 bis 6 und Vergleichsbeispiele 4 bis 6
    Indikator Vergleichsbeispiel 4 Ausführungsbeispiel 4 Vergleichsbeispiel 5 Ausführungsbeispiel 5 Vergleichsbeispiel 6 Ausführungsbeispiel 6
    Durchschnittliche Stromaufnahme (A) 96.38 96.38 96.25 96.25 96.35 96.35
    Mittlere Spannung 4.45 4.23 4.35 4.13 4.42 4.18
    Tagesertrag des Tanks 702.23 714.313 701.35 712.34 702.38 712.76
    Stromausbeute des Aluminiumblocks (%) 90.32 91.98 90.23 92.13 90.34 92.18
    DC Stromverbrauch (kWh / t.Al) 14187 13834 14136 13409 14130 13401
    AC-Stromverbrauch (kWh / t.Al) 14723 13845 14689 13945 14680 13940
    Fluoridsalz / Kaliumsalz (kg)* 36/0 20/9 36/0 19/8 38/0 20/3
    Anodenblock Verlust (kg) 532 532 533 533 534 534
    * indiziert das Fluoridsalz oder Kaliumsalz, welches von einer Tonne Aluminiumwasser aufgenommen wird, wobei das Fluoridsalz ein Gemisch aus Na3AlF6 und AlF3 ist und das Kaliumsalz der Kaliumkryolith mit einem niedrigen molekularen Verhältnis ist, welches gemäß der vorliegenden Offenbarung zur Verfügung gestellt wurde.
  • Wie aus Tabelle 1 und Tabelle 2 ersichtlich ist, werden mit dem Verfahren und Zusatzsystem gemäß der vorliegenden Offenbarung bei der Herstellung und bezogen auf die gleiche Menge an verbrauchtem Anodenmaterial weniger Fluoridsalz/Kaliumsalz verbraucht und die Stromausbeute verbessert. Als solche werden Energie gespart und damit die Wirkungen der Energieeinsparung und Emissionsminderung erreicht.
  • Obige Beschreibung der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf einige bevorzugte Ausführungsformen dient nicht dazu, den Umfang der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Umsetzung in den Ausführungsbeispielen zu begrenzen. Der Fachmann wird verstehen, dass andere einfache Änderungen und Ersatz möglich sind, ohne von dem erfinderischen Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen, solange diese Änderungen und Ersatz vom Schutzumfang der vorliegenden Ansprüche umfasst sind.

Claims (3)

  1. Verfahren zur Herstellung von elektrolytischem Aluminium mit Kaliumkryolith als Ergänzungssystem, mit den folgenden Schritten:
    Schritt A: Start der Elektrolyse in einem Elektrolysebehälter unter Verwendung eines Na3AlF6-Al2O3-Systems oder eines gemischten Systems aus Natriumkryolith Na3AlF6, Kaliumkryolith mKF • AlF3 und Al2O3, kontinuierliche Durchführung der Elektrolyse und Hinzufügen von Na3AlF6-AlF3 bis ein Ofen regelmäßig läuft; und
    Schritt B: Zugeben eines Elektrolytergänzungssystems, welches das Kaliumkryolith mKF • AlF3, AlF3 und Na3AlF6 umfasst, und Vor-Ort-Überwachung des Masseprozentgehalts des Kaliumelements im Elektrolyten in dem Elektrolysebehälter, so dass der Masseprozentgehalt des Kaliumelements im Bereich von 5% bis 10% liegt;
    wobei m im Kaliumkryolith mKF • AlF3 bei 1,0 bis 3,0 liegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in Schritt A, während des Starts der Elektrolyse in dem Elektrolysebehälter unter Verwendung des gemischten Systems aus Natriumkryolith Na3AlF6, Kaliumkryolith mKF • AlF3 und Al2O3 das Masseverhältnis von Natriumkryolith Na3AlF6 und Kaliumkryolith mKF • AlF3 bei 1,5 bis 5 liegt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei m bei 1,0 bis 1,5 liegt.
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