FI89608B - Anlaeggning foer matning av raomaterial till en elektrolys som producerar aluminium - Google Patents

Description

89608

Laitteisto raaka-aineen syöttämiseksi alumiinia tuottavaan elektrolyysiin Anläggning för matning av rämaterial tili en elektrolys som producerar aluminium 5

Keksinnön kohteena on laitteisto jauhemaisen raaka-aineen kuten alumiinioksidin syöttämiseksi alumiinia tuottavaan elektrolyysiin, joka käsittää anodi- ja katodilaitteis-10 ton, sekä laitteet joilla jauhemainen raaka-aine siirretään siilosta tai vastaavasta mainitulle syöttölaitteistolle, jolla raaka-aine syötetään elektrolyyttisulaan.

Keksintö kuuluu elektrolyysissä itsepaistuvilla anodeilla tapahtuvan elektrolyyttisen alumiinituotannon alalle ja sitä voidaan käyttää elektrolyyseissä, joissa on paistetut 15 anodit, elektrolyysikennojen syöttämiseksi alumiinioksidilla ja muilla vastaavilla raaka-aineilla.

Ennestään tunnetusti alumiinin elektrolyysiprosessi toteutetaan jatkuvana ja raaka-aineen syöttäminen yleensä jaksoittaisesti eräsyöttönä lävistämällä elektrolyytin kuori ja 20 syöttämällä käytännössä kontrolloimaton annos alumiinioksidia, joka on ennen lävistystä levitetty tälle kuorelle.

Ennestään tunnetun syöttötavan ja syöttölaitteiden yhteydessä elektrolyysiprosessissa tapahtuu huomattavia häiriöitä, jotka aiheuttavat prosessiin epästabiilisuutta. Tämä 25 johtuu ennen kaikkea siitä, että alumiinioksidin konsentraatio sulassa elektrolyytissä vaihtuu latausajankohdan maksimista anodiefektin alkamisvaiheen minimiarvoon. Tämän seurauksena sähköenergian kulutus kasvaa, sähkövirran hyötysuhde alenee ja elektrolyysin pohjalla ilmenee sakkautumista.

30 Nykyisin elektrolyyttisen alumiinituotannon pääongelmia onkin taata luotettava ja yksinkertainen elektrolyysin jatkuva syöttö ilman huomattavaa elektrolyytin kuoren 89608 2 rikkomista niin, että elektrolyytissä säilyisi riittävän tasainen alumiinioksidikonsentraa-tio.

SU-keksijäntodistuksesta n:o 126 217 ennestään tunnetaan alumiinielektrolyysien 5 alumiinioksidin syöttämismenetelmä, jossa elektrolyyttiin syötetään alumiinioksidia vibraatio-menetelmällä. Menetelmän tarkoituksena on nopeuttaa alumiinioksidin liukenemista elektrolyyttiin ja estää sakkautuminen elektrolyytin pohjalla. SU-keksijän-todistuksen mukaisesti alumiinioksidi kulkee siilosta annostelijan kautta putkea pitkin vibrokäyttölaitteen avulla värähtelevällä syöttölaitteelle. Ensimmäisessä vaihtoehdossa 10 syöttölaite on pallonmuotoinen pumppu, jossa on reikiä alumiinioksidin ulospurkautu-mista varten. Vibraatiolla, jonka amplitudi on suunnattu horisontaalisesti, elektrolyyttiin upotetun pallonmuotoisen pumpun on tarkoitus auttaa alumiinioksidin liukenemista elektrolyyttiin. Toisen vaihtoehdon mukaan vibraattoriin kiinnitetään horisontaalilevy, jossa oleva kärki on upotettu elektrolyyttiin. Vibraation vaikutuksen alaisena alumiiniok-15 sidi joutuu levyltä elektrolyyttiin, minkä tarkoituksena on tehostaa alumiinioksidin liukenemisprosessia. Tätä tunnettua prosessia ei käytetä niiden vaikeuksien vuoksi, jotka liittyvät sulan elektrolyytin pinnan pitämiseen avoimena alumiinioksidin syöttö-kohdassa, koska kyseiselle pinnalle muodostuu nopeasti kuori, kun kylmä alumiinioksidi joutuu elektrolyytin kanssa kosketukseen. Lisäksi vaikeuksia aiheuttaa se, että puuttuu 20 kryoliitti-alumiinioksidisulaa kestäviä materiaaleja.

US-patentista 2 713 024 ennestään tunnetaan alumiinielektrolyysin jatkuvan syötön menetelmä, jossa putkeen sulan pinnalle asennetun syöttölaitteen alle syötetään alumiinioksidia ja itse alumiinioksidi viedään sulaan sisäänvientipaikalle muodostuvaan 25 alumiinioksidipylvääseen syöttölaitteen avulla aikaansaadulla paineella. Alumiinioksidi-pylvääseen paineen aikaansaava syöttölaite sitä vietäessä sulaan ei kosketa sulaa. US-patentin mukainen prosessi toteutetaan elektrolyysistä riippumatta laitteilla, joissa on siilo, jonka alla sijaitsee ruuvityyppinen annosteluyksikkö ja kuljetusputki, joka yhdistää annostelijan syöttölaitteeseen. Syöttölaitteessa käytetään erilaisia ruuvi-, mäntä- tai 30 kampimekanismeja, jotka muuttavat vauhtipyörän pyörimisliikkeen eteneväksi kiertoliikkeeksi, ja jotka on asennettu syöttöputkeen sulan pinnalle ja liitetty sähkökäyt- 8 9 6 0 8 3 tölaitteisiin. US-patentti edellyttää sellaisen laitteen käyttöä, jolla alumiinioksidi viedään sulan sisälle paineilman energian avulla. Alumiinioksidin syöttäjät voidaan elektrolyysityypistä riippuen asentaa anodien sivulle, sisään tai keskelle. Huolimatta US-patentissa esitetyn prosessin eduista ei se ole saanut laajempaa käyttöä, koska raaka-5 ainetta elektrolyytin kuoren läpi sulaan elektrolyyttiin viedessä syntyvien huomattavien voimien voittamisessa on ilmennyt vaikeuksia.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on kehittää edelleen edellä selostettua tekniikan tasoa niin, että siinä esiintyvät epäkohdat pääasiallisesti vältetään.

10

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on irtonaisen raaka-aineen syöttöön sulaan liittyvien energiakustannusten pienentäminen.

Keksinnön lisätarkoitus on toimilaitteiden toiminnan luotettavuuden lisääminen.

15

Lisäksi keksinnön ei välttämättömänä tavoitteena on anodikaasujen palamisen tehostaminen.

Edellä esitettyihin ja myöhemmin selviäviin päämääriin pääsemiseksi keksinnölle on 20 pääasiallisesti tunnusomaista se, että mainittu syöttölaitteisto käsittää raaka-aineen syöttöä ohjaavan kotelon, johon on liitetty raaka-aineen syöttöputki, että syöttölaitteisto käsittää mainitun kotelon sisälle toimivaksi jäljestetyn syöttölaitteen, joka on yhdistetty männänvarrella tai vastaavalla vibraattoriin, jolla saadaan aikaan mainitun syöttölaitteen pääasiassa vertikaalinen värähtely, ja että mainitun kotelon avoin alapää 25 on sijoitettu elektrolyyttisulan pinnan tuntumaan sen yläpuolella elektrolyyttikuoren sisällä toimivaksi.

Keksinnön edullisen sovellusmuodon mukaisesti vertikaalivärähtelyvibraattori on lisäksi varustettu laitteella, joka siirtää sitä vertikaalisti sulan pinnan suhteen.

: . . 30 4 89608

Keksinnön edullisen sovellusmuodon mukaisesti syöttökäyttölaitteena käytetään pneumaattista vibraattoria, jonka käytetyn ilman purkuyhde on liitetty anodikaasujen polttolaitteistoon kaasujohdolla, joka on kiinnitetty anodikotelon seinämään.

S Keksinnön edullisen sovellusmuodon mukaisesti syöttöputken alapää toimii ohjaavana kotelona, joka on asennettu anodikaasujen poistolaitteistoon.

Verrattuna tavalliseen raaka-aineensyöttöprosessiin keksinnön avulla voidaan oleellisesti laskea sähköenergian kulutusta ja lisätä virran tehokkuutta, koska anodiefekti saadaan 10 huomattavasti laskemaan. Lisäksi raaka-ainetta hermeettisesti syötettäessä elektrolyysin lämpöbalanssi paranee. Lisäksi voidaan vähentää elektrolyytin koostumuksen parantamiseksi tarvittavan lisäaineen kulutusta sekä henkilökunnan työkustannuksia.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirustuksen 15 kuvioissa esitettyihin keksinnön eräisiin sovellusesimerkkeihin, joiden yksityiskohtiin keksintöä ei ole mitenkään ahtaasti rajoitettu.

Kuvio 1 esittää elektrolyysin yleisrakennetta sivukuvana.

20 Kuvio 2 esittää pystyleikkausta A-A kuviossa 1.

Kuvio 2 A esittää vaakaleikkausta B-B kuviossa 2.

Kuvio 3 esittää raaka-aineen syöttöä sulaan ja syöttölaitteen vertikaalista siirtojäijeste-; 25 lyä.

Alumiinin tuottamiseksi on elektrolyysissä anodilaitteisto 1, katodilaitteisto 2, anodikaasujen talteenotto 3, anodikaasujen polttolaite 4, jauhemaisen raaka-aineen siilo 5, jonka alle on asennettu annostelijat 6, jotka on liitetty materiaalijohdolla 7 raaka-aineen 30 syöttölaitteeseen 8. Raaka-aineen kuljetukseen tarkoitettu materiaalijohto 7 on varustettu pitkittäisvärähtelyvibraattorilla 9.

89608 5

Jauhemaisen raaka-aineen syöttöjäijestelmä käsittää vertikaalivärähtelyä V aikaansaavan vibraattorin 10, joka on yhdistetty männänvarrella 11 kiinnittimen 12 avulla syöttölaitteeseen 13, joka on tiiviisti asennettu syöttöputkeen 14, jonka alaosa toimii raaka-aineen syöttöä ohjaavana kotelona 13.

5

Syöttölaitteen 13 yläpäähän liitetty varsi on viety syöttöä ohjaavan kotelon 15 yläseinämän läpi. Tämä läpivienti on tiivistetty elastisella palkeella 26 tai vastaavalla tiivisterakenteella.

10 Kuvion 2A mukaisesti syöttöä ohjaavan kotelon 13 ainakin alapää on vaakaleikkaukses-sa suorakaiteen muotoinen. Syöttölaitteen 13 alapää on vastaavassa vaakapoikkileik-kauksessa myös suorakaiteen muotoinen. Kotelon 15 sisäpinnan ja syöttölaitteen 13 ulkopinnan kesken on syöttölaitteen 13 alapään läheisyydessä sopiva pieni välys Δ, joka on suuruudeltaan yleensä Δ = 5...15 mm, sopivimmin Δ = 7...10 mm. Tämän 15 välyksen Δ kautta valuu raaka-aine syöttölaitteen 13 vibraation avustamana kuoren 25 avannon 21 läpi elektrolyyttisulaan 23.

Käytettäessä jauhemaisen raaka-aineen syöttölaitteessa käyttölaitteena pneumaattista vibraattoria 10, se varustetaan paineilman syöttö- ja poistojäijestelmällä. Tällöin 20 käytetyn ilman putkiyhde 16 on liitetty anodikaasujen polttolaitteella 4 varustettuun kaasujohtoon 17, joka on kiinnitetty ilman lämmitystä varten anodikotelon 18 seinämään.

Vibraattorin 10 vertikaaliliikettä varten ja samalla syöttölaitteen 13 siirtoa varten on 25 laite 19, esim. pneumaattinen kalvomoottori, joka vipujäijestelmän 20 kautta on liitetty vibraattoriin 10.

Edellä selostettu alumiinituotantoelektrolyysi toimii seuraavasti. Jauhemainen raaka-aine, kuten alumiinioksidi, siirtyy siilosta 5 annostelijaan 6, josta se hermeettisen materiaali-30 johdon 7 kautta johdetaan vibraattorin 9 avulla syöttöputkeen 14. Vibraattorin 10 avulla männänvarsi 11 yhdessä siihen kiinnitetyn syöttölaitteen 13 kanssa joutuu edestakaiseen 6 89608 vertikaalivärähtelyliikkeeseen V. Värähtelyn V ansiosta raaka-aine siirtyy syöttöputkes-ta 14 sen jatkeena olevaan raaka-aineen syöttöä ohjaavaan koteloon 15, jossa se alaspäin liikkuessaan vähitellen lämpiää. Koska raaka-ainetta syötetään elektrolyysiin jatkuvasti pieninä annoksina, se lämmitetään 300-40ö°C asti. Tällä tavoin luodaan 5 olosuhteet raaka-aineen paremmaksi liukenemiseksi elektrolyyttiin ja kuoren 25 muodostumisen minimoimiselle. Alaspäin liikkuessaan raaka-aine joutuu syöttölaitteen 13 alle ja kertyy sinne. Kun täten syntynyt alumiinioksidipylväs koskettaa syöttölaitetta 13, alkaa sen aktiivinen vaikutus tähän pylvääseen, joka välittää lävistysvoiman elektrolyytin kuoreen 25.

10

Toisin sanoen kohdassa, jossa raaka-aine viedään sisään, jatkuvasti muodostuvan kuoren 25 lävistystyökaluna toimii itse syötettävä raaka-aine.

Paikassa, jossa alumiinioksidia syötetään sulaan 23 sekä sen ympäristössä, muodostuu 15 jatkuvasti elektrolyytin kuorta 25, jonka paksuus on huomattava, erityisesti raaka-aineen sisäänvientiavannon 21 ympärillä. Tämä johtuu siitä, että alumiinioksidin elektrolyyttiin syöttöä aloitettaessa muodostuu ensin elektrolyytin kuori 25, jonka paksuus kylmän alumiinioksidin syötön jatkuessa kasvaa tiettyyn mittaan, jonka jälkeen tälle kuorelle kerääntyy alumiinioksidikerros 24. Kun alumiinioksidipylväs koskettaa syöttölaitetta 20 13, alkaa sen aktiivinen vaikutus tähän pylvääseen, joka välittää lävistysvoiman itse elektrolyytin kuoreen 25. Tämän voiman alaisena kuori 25 syöttölaitteen 13 toiminta-vyöhykkeellä painuu alas ja syntyy eräänlainen avanto 21, josta sitten alumiinioksidia jatkuvasti syötetään. Kuoren 25 lujuus ja paksuus tämän avannon 21 ympärillä on huomattava, ja siksi painettaessa alumiinioksidipylvästä tämän avannon 21 läpi syntyy 25 huomattavia kitkavoimia, jotka syöttölaitteen 13 on voitettava.

Jotta raaka-aineen vienti sulaan 23 olisi häiriötöntä ja jotta syöttölaitteet toimisivat luotettavammin, käynnistetään ajoittain n. 30-60 min väliajoin laite 19, joka vipujärjes-telmän 20 kautta siirtää vertikaalivärähtelyvibraattoria 10 alaspäin n. 150-200 mm:n 30 matkan. Vibraation samanaikaisen vaikutuksen vuoksi syöttölaite 13 liikkuu myös alas saman matkan kunnes koskettaa sulan 23 pintaa 22. Sitten koko järjestelmä palautetaan 7 Ö 9 608 lähtötilanteeseen ja normaali edellä selostettu toiminta jatkuu. Syöttölaitteen 13 lisäliikkeet puhdistavat ennaltaehkäisevästi elektrolyytin kuoren 25 avannon 22.

Käytettäessä pneumaattista vibraattoria 10 sen käytetty sykkivä ilma, jota on alustavasti 5 lämmitetty anodikotelon 18 seinämän lämmöllä, ohjataan yhteen 16 ja kaasujohdon 17 kautta anodikaasujen polttolaitteeseen 4. Sykkivä paineilma lisää hartsi- ja kansero-geenisten aineiden palamistehokkuutta ja vähentää ilmansaastumista.

Syöttölaitteen 13 alapään ollessa jatkuvasti vibraation alaisena ja kontaktissa alu-10 miinioksidiin se kuluu. Tällöin kulumisen kompensoimiseksi ja syöttölaitteen 13 alapään pitämiseksi tietyllä tasolla sulan 23 pinnan 22 yläpuolella syöttölaite 13 voidaan huollon yhteydessä jatkaa leikkaamalla kulunut osa pois ja hitsaamalla uusi alapää tilalle tai vaihtaa syöttölaite 13 kokonaan.

15 Teollisuusolosuhteissa koestettiin laite, joka syötti alumiinioksidia sulaan syöttölaitteen 13 vibraation avulla. Vibraation johtaminen syöttölaitteeseen 13 tietyillä amplitudeilla ja taajuuksilla huomattavasti pienensi alumiinioksidipylvään kitkavoimia elektrolyytin avannon 21 seinämiin ja samalla alensi energiankulutusta sen viennissä sulaan 23. Raaka-aineen luotettavamman sulaan 23 syötön ja anodikaasujen paremman poiston 20 vuoksi elektrolyytin kuorelta 25 värähtelevä syöttölaite 13 siirrettiin ajoittain sulaan 23 elektrolyyttiin, josta se sitten poistettiin kytkemällä vertikaalivärähtelyvibraattori 10 sulan 23 suhteen liikkuvaan vertikaalisiirtolaitteeseen 19. Lisäksi tämä rakenne salli pitää elektrolyytin kuoren 25 avanto 21 puhtaana kuoren 25 kasvua estämällä. Vibraat-tori 10 toimi paineilmalla. Sen jälkeen, kun paineilma oli luovuttanut energian syöttö-25 laitteen 13 värähtelyyn V, tämä sykkivä paineilma, joka alustavasti oli lämmennyt anodista, otettiin talteen ja ohjattiin anodikaasujen polttolaitteeseen, jossa aina todettiin suuri ilman happivajaus. Ilmavirran sykkeen ansiosta anodikaasujen polttolämpötila kasvoi, mikä auttoi polttamaan tehokkaammin hartsia ja jakamaan ja polttamaan kanserogeenisiä aineita yksinkertaisiin alkutekijöihinsä.

30 8 89608

Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa keksinnön eri yksityiskohdat voivat vaihdella ja poiketa edellä vain esimerkinomaisesti esitetystä.

5

Claims (7)

1. Laitteisto jauhemaisen raaka-aineen kuten alumiinioksidin syöttämiseksi alumiinia tuottavaan elektrolyysiin, joka käsittää anodi- ja katodilaitteiston (1,2), sekä laitteet S joilla jauhemainen raaka-aine siirretään siilosta (S) tai vastaavasta mainitulle syöttölait-teistolle (10,11,12,13,14,15), jolla raaka-aine syötetään elektrolyyttisulaan (23), tunnettu siitä, että mainittu syöttölaitteisto (10,11,12,13,14,15) käsittää raaka-aineen syöttöä ohjaavan kotelon (15), johon on liitetty raaka-aineen syöttöputki (14), että syöttölaitteisto käsittää mainitun kotelon (15) sisälle toimivaksi jäljestetyn 10 syöttölaitteen (13), joka on yhdistetty männänvarrella (11) tai vastaavalla vibraattoriin (10), jolla saadaan aikaan mainitun syöttölaitteen (13) pääasiassa vertikaalinen värähtely C^)* Ja etta mainitun kotelon (15) avoin alapää on sijoitettu elektrolyyttisulan (23) pinnan (22) tuntumaan sen yläpuolella elektrolyyttikuoren (25) sisällä toimivaksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että syöttölaitteeseen (13) liitetty varsi on viety kotelon (15) yläseinämän läpi elastisella palkeella (26) tai vastaavalla tiivisterakenteella.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että syöttölaite 20 (13) vibraattoreineen (10) on yhdistetty vertikaalisiirtolaitteeseen (19,20), jolla syöttö laitteen (13) alapää on ajoittain vietävissä elektrolyyttisulan (23) pinnan (22) yhteyteen tai sen alle.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kotelon 25 (15) alapään kohdalta olevassa vaakaleikkauksessa (Fig. 2A) kotelo (15) on poikkileik kaukseltaan suorakaiteen muotoinen, että syöttölaitteen (13) alapää on vaakapoikki-leikkaukseltaan vastaavan muotoinen ja että kotelon (15) sisäpinnan ja syöttölaitteen (13) ulkopinnan kesken on noin 5...15 mm:n välys (Δ), sopivimmin noin 7...10 mm:n välys (Δ) (kuvio 2A). 30 H 9 6 0 8 ίο

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että syöttölaitteen (13) toimilaite, jolla saadaan aikaan syöttölaitteen vertikaalivärähtely (V), on pneumaattinen vibraattori (10), jolta tuleva poistoilma on johdettu kaasujohtoon (17), joka on liitetty anodikaasujen polttolaitteistoon (4). 5

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että pneumaattisen vibraattorin (10) poistoilman lämmitystä varten mainittu kaasujohto (17) on kiinnitetty anodikotelon seinämään (18).

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että kotelon (IS) sisätila on yhdistetty anodikaasujen talteenottolaitteeseen. 11 8 9 6 0 8