HU205632B - Processfor keeping alum content on a low level in the bath of an electrolyzing celle in aluminium production - Google Patents
Processfor keeping alum content on a low level in the bath of an electrolyzing celle in aluminium production Download PDFInfo
- Publication number
- HU205632B HU205632B HU861893A HU189386A HU205632B HU 205632 B HU205632 B HU 205632B HU 861893 A HU861893 A HU 861893A HU 189386 A HU189386 A HU 189386A HU 205632 B HU205632 B HU 205632B
- Authority
- HU
- Hungary
- Prior art keywords
- alumina
- cell
- bath
- electrolysis
- value
- Prior art date
Links
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
- Cell Separators (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Table Devices Or Equipment (AREA)
- Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
- Diaphragms For Electromechanical Transducers (AREA)
- Weting (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Description
Az utóbbi években az alumíniumgyártó cellákat egyre inkább automatizálják, egyrészt a hatékonyabb energiafelhasználás és szabályozott működés, másrészt az emberi beavatkozás csökkentése és a fluortartalmú anyagok visszanyerése hatékonyságának javítása céljából.
Az olvasztott kriolitban oldott timföld elektrolízisével működő alumíniumgyártó cellák szabályos működésének egyik alapvető feltétele a timföld fürdőhöz történő adagolásának sebessége. A timföld hiánya az „anódhatás vagy a „feltöltődés” megjelenését okozza, ami azt jelenti, hogy a cellák végpontjainál a feszültség hirtelen megnövekszik, 4-ről 30 vagy 40 voltra, ami kihatással van az egész tégelysorra.
A timföld fölöslege szennyezheti a cella alját kemény lapok formájában történő kirakodással, és így elektromosan izolálhatja a katód egy részét. Ez a folyékony alumíniumban erős helyi vízszintes áramokat indukálhat, amely - a mágneses térrel együtthatva felkeveri a folyékony alumíniumot és instabilitást okoz a fürdő és a fém közötti határfelületen. Ezen kívül további problémák adódhatnak, amelyek jól ismertek a területen jártas szakemberek előtt.
Ezek a problémák részben megoldhatók, ha csökkentjük a hőmérsékletet, ez előnyös a cella élettartama szempontjából, és a Faraday-hatásfok értékére nézve. A hőmérsékletcsökkentést úgy érjük el, hogy nagyon „savas” (nagy AlF3-tartalmú) fürdőket és/vagy különféle adalékanyagokat, például kloridokat, Etiumsókat vagy magnéziumsőkat tartalmazó fürdőket használunk.
Ezekben a fürdőkben azonban jelentősen csökken a timföldoldó-kapacitás és -sebesség, és használatuk precíz timföldtartalom-szabályozást kíván viszonylag alacsony, két nagyon szoros koncentrációhatár között.
Bár a fürdő timföldtartalma közvetlenül mérhető, elektrolízis-minták elemzésével, sok éve előnyösebbnek tartják azt a módszert, hogy a timföldtartalmat indirekt módon egy elektromos paraméter alapján határozzák meg, amely az elektrolit timföldtartalmára utal.
Ez a paraméter általában a belső ellenállás változás, vagy pontosabban a látszólagos belső ellenállás, amely a következő egyenlettel fejezhető ki:.
R; = (U-EJ/1, ahol Eo a cella elektromotoros ereje, amelynek értéke általában 1,65 volt, U a cella csatlakozási pontjainál mért feszültség, I a cellán átfolyó áram erőssége.
Felrajzolható az R; változás görbéje a timföldtartalom függvényében, és az R; mérésével egy adott frekvenciánál - ismert módszerek alapján - az Al203 koncentráció bármely adott pillanatban meghatározható.
Sok éves próbálkozás történt arra nézve, hogy a timföldet a fürdőbe pontosan szabályozott módon adagolják annak érdekében, hogy a koncentráció viszonylag stabil maradjon egy meghatározott érték közelében.
Automatikus timföldadagolásra vonatkozó eljárásokat - amelyek többé-kevésbé a fürdő timföldkoncentrációjának függvényében történnek - ismertet például az 1457746 számú FR szabadalmi leírás, ahol a cella belső ellenállásának változását használják mint a timföldkonentrációra vonatkozó paramétert. A timföld adagolása a fürdőbe egy elosztón keresztül történik, amely egy olyan eszközzel van felszerelve, amely áthalad a kialakult kemény elektrolitkérgen. Az 1506463 számú FR szabadalmi leírásban ismertetett eljárás a timföldadagolás leállítása és az anódhatás megjelenése közötti idő mérésén alapszik. A 3400062 számú US szabadalmi leírás olyan eljárást ismertet, amely egy „ellenőrző anód” használatán alapszik, amelyet annak érdekében alkalmaznak, hogy a feltöltődésre utaló jeleket minél korábban észleljék, és szabályozzák a timföldadagolás sebességét, a timföldet egy olyan tartályból adagolják, amely egy, az elektrolitkéreg átdöfésére alkalmas eszközzel van felszerelve.
Nem régen olyan szabályozási eljárást ismertettek, amely a timföldtartalom folyamatos mérésén alapszik, éspedig az 52-28 4ΠΠΊ számű JP szabadalmi bejelentésben és a 4126525 számú US szabadalmi leírásban.
Az 52-28417/77 számú JP szabadalmi bejelentésben a timföld koncentrációját 2 és 8% közöttire állítják be. A AV feszültségváltozást minden cella végpontjánál mérik az idő (t) függvényében és a timföldadagolás sebességét úgy szabályozzák, hogy a AV/t arány egy kívánt értéken legyen. Az eljárás hátránya, hogy érzékenysége a timföld részarányával változik, és érzékenysége éppen ott minimális, ahol a javasolt eljárás szerint a timföld mennyisége a leginkább várható, tehát 3 és 5% között.
Az emEtett 4126525 számú US szabadalmi leírás szerint a timföldtartalmat 2 és 8% közé, előnyösen 4 és 6% közé állítják be. A cellába egy t, ideig annyi timföldet adagolnak, amely több, mint az elméleti érték, amíg az előre meghatározott timföldkoncentrációt (pl. 7%ot) el nem érik, majd az adagolást úgy szabályozzák, hogy egy előre meghatározott t2 ideig az elméleti értéket tartják, majd az adagolást leállítják, amíg az „anódhatás” (vagy töltődés) meg nem jelenik, és az adagolási ciklust újra kezdik egy, az elméletinél magasabb értékkel. Az eljárásban a timföld koncentrációja a ciklus alatt 4,9 és 8% (1. példa) vagy 4,0 és 7% (2. példa) között változik.
A 187339 számú HU, a 44794 számú EP, illetve, a 4431491 számú US szabadalmi leírásnak megfelelő 2487386 számú FR szabadalmi leírás eljárást ismertet alumínium-oxid-tartalom 1 és 3,5 tömeg% közötti értéken történő pontos szabályozására, amely szerint a timföldadagolás sebességét a cella belső ellenállásának függvényében változtatják egy előre meghatározott időn belül, melynek során a timföldadagolás sebességét egyforma időközönként ciklikusan változtatják a cella fogyasztásánál kisebb és nagyobb érték között.
Ez az eljárás „függvénygörbe számítás” név alatt ismert, amely a belső ellenállás (R,-) szabályos időközönként történő mérésén és az R; időtől függő változásának dR; /dt függvénye számításán alapszik. A timföldadagolást olyan sebességen tartják, hogy a dRj/dt és az R; értéke a megkívánt legyen, tehát az ismertetett eljárásban két, egymástól független paramétert alkalmaznak a szabályozás megoldására. R; értéke
HU 205 632 Β az R0+r kifejezéssel meghatározott tartományban változhat. Rj időbeli változásának sebessége (dR/dty pedig nem érhet el egy előre meghatározott γ értéket. Minthogy a szabályozás alapjául szolgáló fenti két paraméter az elektrolízis során egymástól függetlenül változik, mindkét paraméter rendszeres ellenőrzése szükséges, és bármelyikük értéke eléri a fentiekben leírt határértéket, az az adagolási sebesség megváltoztatását vonja maga után. Az eljárás kivitelezése során az elektrolízis timföldfogyasztásával megegyező CN névleges adagolási sebességet, annál kisebb C', majd CN értékét meghaladó C* adagolási sebességet alkalmaznak a fenti sorrendben, periodikusan váltakozva.
A tervezők állandó kutatási célja az optimális eljárási mód megtalálása, azaz az elektrolizáló cella működtetési paramétereinek a meghatározása, amelyekkel az adott beruházással a legnagyobb nyereség érhető el, vagyis a legkedvezőbbek az előállítási költségek.
Különösen a különböző paramétereknek a hatásfokra - más néven Faraday-féle hatásfokra - gyakorolt hatása képezi számos publikáció tárgyát, ezek közül a legfontosabb K. Grjotheim és munkatársai, „Alumínium Elektrolízis, Alumínium Verlag, 1982, Düsseldorf, NSzK. E mű 339. oldalán a 9.11. ábrán a szerzők kimutatják, hogy a fürdő hőmérsékletének emelkedése kedvezőtlenül hat az elektromos energia kihasználására, azaz a hatásfokra. Ezenkívül a 29. oldalon levő 2.3. ábráról, amely a kriolit-timföld rendszerre vonatkozó fázisdiagramot mutatja be, az olvasható ki, hogy minél alacsonyabb a fürdő timföldtartalma, annál magasabb a fürdő hőmérséklete.
Ezért az lenne logikus, hogy minél magasabb a fürdő timföldtartalma, annál magasabb a Faraday-féle hatásfok. A legtöbb szerző úgy véli, hogy ez igaz az ipari cellák esetén is, amint ez a 356. oldalon levő 9.20. ábrán is látható.
A Hall-Heroult-módszerrel végzett alumíniumgyártás gazdasági és technikai körülményei szükségessé teszik, hogy a gyártók állandó erőfeszítéseket tegyenek a fém előállítási költségeit meghatározó különböző faktorok optimalizálására. E faktorok közül az egyik legfontosabb és legkényesebb a Faraday-féle hatásfok, mivel kis zavar nagy mértékben csökkentheti a Faraday-értéket. Fontos ezért, hogy meghatározzuk mindazokat a faktorokat, amelyek a Faraday-féle hatásfokot befolyásolják, annak érdekében, hogy azt magas és stabil értéken tartsuk.
Jelenleg az alumínium ára a LME-n (1200,- dollár 103 kg-onként 1985. április végén), 500.106 kg-os évenkénti termelés esetén 0,1 Faraday 380 000 dollár évenkénti nyereségnek felel meg.
A találmány feladata a fentiek alapján javított eljárás kidolgozása timföld adagolásának szabályozásával az elektrolizáló fürdőben oldott timföldtartalom pontos, alacsony értéken tartására alumíniumgyártó elektrolizáló cellában. A feladat megoldása lehetőséget ad a Faraday-féle hatásfok javítására, ezáltal a gyártási költségek csökkentésére.
A fent említett szabadalmi leírás szerinti, függvényszámítási módszerrel végzett eljárásban, 175000 vagy
280000 ampernél, „savas” fürdőben, azaz a semleges Na3AlF6 kriolithoz képest 8 tömeg% fölöslegben alumínium-fluoridot (A1F3) tartalmazó fürdőben megfigyeltük, hogy a szakértők általános véleményével ellentétben, az elektrolizálófürdő hőmérsékletének emelkedése ellenére a hatásfok gyorsan emelkedik, amikor a fürdő timföldtartalma csökken.
Felismertük, hogy ez a jelenség nem remélt jelentőséggel bír, mivel a fürdő timföldtartalmának 2,5 tömeg%-ról 1,5 tömeg%-ra történő csökkentése, azaz 1% csökkenés a timföldtartalomban a hatásfok 94%ról 95,7%-ra történő emelkedését eredményezi, azaz az elektrolízisben 1,7%-kal történő emelkedést eredményez, annak ellenére, hogy a hőmérséklet 946 °C-ról 951 °C-ra emelkedik, és így 1%-os csökkenést kellett volna észlelnünk. A kitermelés emelkedése az elektrolízis feszültségének emelkedésével jár, ami annál gyorsabb, minél alacsonyabb a timföldtartalom.
Az energiafogyasztás a termelt alumínium 103 kgjaira vonatkoztatva a Faraday-hatásfok (F) és a cella végein mérhető feszültség (U) függvényeként fejezhető ki :
kWó/103kg = 2980 U (volt)/F.
Az elektrolízis rögzített intenzitása (I) esetén a cella termelése arányos az F hatásfokkal, azaz a „rögzített” költségek hatása (amortizáció, pénzügyi költségek, munka és fenntartási költségek nagy része) annál alacsonyabb, minél jobb a Faraday-hatásfok.
Tekintettel a felismerésre, amely szerint a Faradayhatásfokra a fürdő timföldtartalma nagyon erős hatással van, érthető, hogy igen fontos, hogy a fürdő timföldtartalmát a lehető legalacsonyabb értéken tartsuk, amely azonban elegendő althoz, hogy elkerüljük a túl magas energiaköltségeket, amelyek a cella végpontjain fellépő feszültségemelkedésből adódnak.
Általában, normál gazdasági körülmények esetén, ezt az optimális timföldtartalmat olyan értékre állítják be, amely nagyon közel van ahhoz a küszöbértékhez, amelynél kisebb értéknél az „anódhatás”,vagy más néven „töltődés” vagy „polarizáció” bekövetkezik, ami nagyon hirtelen feszültségemelkedést okoz a cella pontjainál, és nagyon hirtelen hőmérsékletemelkedést okoz az elektrolizáló fürdőben, és így nagy mennyiségű fluortartalmú termék keletkezik az elektrolizáló fürdő elbomlása következtében.
Az említett, mind az energiafogyasztásra, mind a környezetre káros jelenség elkerülése érdekében célszerűen a gazdaságilag legjobb eredményt adó timföldtartalomhoz legközelebbi értéken dolgozunk, ezért nagyon fontos, hogy az elektrolizáló fürdő timföldtartalmát nagy pontossággal mérni és szabályozni tudjuk alacsony koncentrációknál, például 1 és 3%, előnyösen 1 és 2,5% között.
A találmány célja elsődlegesen olyan eljárás kidolgozása, amellyel a timföld adagolásának szabályozásával az elektrolizáló fürdő timföldtartalmát a fenti alacsony koncentrációtartományban pontosan tartani lehet.
HU 205 632 Β
A találmány lényege eljárás timföld adagolásának szabályozásával az elektrolizáló fürdőben oldott timföldtartalom pontos, alacsony, előnyösen 1 és 3% közötti értéken történő tartására a Hall-Heroult eljárással működő alumíniumgyártó elektrolizáló cellákban, ahol a Faraday-féle hatásfok legalább 94%, amelynek során az elektrolizáló cellába váltakozva, előre meghatározott ideig CN kg/óra névleges sebességgel, C' kg/óra csökkentett sebességgel és C+ kg/óra megnövelt sebességgel adagoljuk a timföldet. A találmány értelmében előzetesen meghatározunk egy szabályozó paramétert:.
dRj gohm / sec
P = -1/D x- dt töm% / óra aholRp a cella belső ellenállása gohm mértékegységben, t: idő, sec mértékegységben,
D: az elektrolizáló fürdő timföldtartalmából levezetett érték:
C* Q(A12O3) tömeg%
D—1— x- CN Q (fürdő) óra ahol CN: a timföld adagolásának névleges sebessége (kg/óra)
C: a timföld aluladagolás sebessége (kg/óra) Q(A12O3): a cella által fogyasztott timföld mennyisége ugyanolyan időegység alatt,
Q (fürdő): a cellában levő elektrolizáló fürdő menynyisége, majd ismétlődő ciklusban a következő műveleteket hajtjuk végre:
a) a timföldet CN névleges sebességgel adagoljuk, azaz az adagolt mennyiség lényegében véve megfelel az elektrolízis által elfogyasztott timföld mennyiségénék,
b) periodikus időközönként, előre meghatározott t+ ideig C1- sebességgel túladagoljuk a timföldet, amely sebesség nagyobb, mint a CN névleges sebesség, mialatt a dR;/dt értéke negatív,
c) az adagolás sebességét Cr értékre csökkentjük, amely kisebb, mint a CN névleges sebesség, ezalatt a dRj/dt görbe nulla értéken áthaladva pozitív értékeket vesz fel, ezalatt a P szabályozó paramétert, amelynek értéke emelkedik, gyakran meghatározzuk,
d) P egymást követően mért értékeit összehasonlítjuk egy előre meghatározott Po névleges értékkel, amely arányos a
K2/I hányadossal, ahol.
I az elektrolízis áramerőssége kA mértékegységben,
K2 = -(l/360)x(U/F)xdF/d(Al2O3), ahol
U a cella feszültsége V mértékegységben,
F a cella Faraday-hatásfoka, amely dimenziónélküli szám, és amikor P=Po, az adagolás sebességét CN értékre növelve új ciklust kezdünk.
A P paramétert a cella látszólagos belső ellenállása (Rj) alapján határozzuk meg, amelynek definicíója
R; = 103 (U-Eo) / I, ahol U a cella végpontjain mérhető feszültség (voltokban), Eo egy rögzített érték voltokban, a cella elektromotoros ereje, általában 1,5 és 2,0 V, előnyösen 1,65 és 1,75 V közötti érték, I az elektrolizáló áram intenzitása, kiloamperben kifejezve (103 amper), R; ekkor mikroohmban adódik.
Pontosabban P a következő képlettel fejezhető ki:
P = -1/D (dRj / dt), ahol
D az elektrolizáló fürdő timföldtartalmának idő szerinti deriváltja, tömeg%/óra mértékegységben, dRj/dt a cella látszólagos belső ellenállásának idő szerinti deriváltja gohm/sec mértékegységben, ebben az esetben P mértékegysége gohm/sec/tömeg%/óra.
A cella szabályozása a találmány értelmében úgy történik, hogy a timföldtartalom a lehető leghosszabb ideig olyan határok között maradjon, amelyek nem szükségképpen pontosan ismertek, de olyanok, hogy P a lehető legközelebb legyen egy, a következőképpen meghatározott értékhez:
a) A cellába annyi timföldet adagolunk, amely megfelel a szokásos, azaz a névleges sebességnek (CN), azaz az adagolt timföld mennyisége megközelíti az elektrolízis folyamán fogyasztott timföld mennyiségét. A névleges adagolási sebesség idején nem jelent nehézséget az interpoláris távolság tartása, a látszólagos ellenállás érték alapján, amelyet a fürdő timföldtartalma alapján mérünk, amely pedig közel állandó.
b) Majd ezen stabil állapot alapján egy megállapított időben elkezdjük emelni az adagolási sebességet, azaz a timföldadagolás sebessége C+, amely nagyobb, mint a névleges CN érték. Ilyen körülmények között a fürdő fokozatosan dúsul timföldben, annál gyorsabban, minél nagyobb az adagolás sebességének növelése.
A megnövelt adagolási sebesség idejét (t+) úgy határozzuk meg, hogy az elektrolizáló fürdő timföldben dúsuljon. Nem szükséges azonban ezt a dúsulást pontosan mérni vagy számítani. Lehetséges ezen idő alatt a cella látszólagos ellenállási görbéjét (dRj/dt) követni. Fennáll azonban annak a veszélye, hogy az összes adagolt timföld nem oldódik fel azonnal. Ez a veszély annál nagyobb, minél nagyobb a megnövelt adagolási sebesség.
P mért értékeit ezért nullától eltérő hiba terheli, ezeket az értékeket általában csak az adagolásban beálló lényeges rendellenességek detektálására használjuk.
c) Ezen meghatározott ideig (t+) tartó megnövelt adagolási sebesség után az adagolás sebességét a névleges érték alá csökkentjük, tehát a cellába C* sebességgel adagoljuk a timföldet, ami kisebb, mint az elektrolízis során elfogyó timföldnek megfelelő névleges érték. A las4
HU 205 632 Β sabb adagolás kezdetekor általában megfigyelhető, hogy a (dR/dt) görbe, amely a gyorsabb adagolás idején normálisan negatív, egy idő után eléri a nullát, majd nagyobb és nagyobb pozitív értékeket vesz fel. Ez a kezdeti periódus, ami általában néhány percig tart, a gyors adagolás idején beadagolt és a fürdőben azonnal fel nem oldódott timföld fölöslegének oldódásával függ össze.
Az a kezdeti periódus, amely alatt a timföldtartalom a fürdőben nem változik arányosan az adagolás mértékével, könnyen semlegesíthető. Például egymást gyakori időközökben követő mérésekben megállapítottuk, hogy 2-3-szorosa annak az időnek, ami a lassú adagolás kezdete és a dRj/dt görbe nulla értéke között eltelik.
Egy másik módszer szerint egy néhány perces időt beiktatunk névleges értéken a túladagolás után, mielőtt az aluladagolást megkezdenénk.
Ezután a kezdeti idő után a fürdő timföldtartalma annál gyorsabban csökken, minél lassabb az adagolás, és ezzel párhuzamosan a dRj/dt görbe emelkedik.
A timföldtartalom változása (D), melyet tömeg%/óra értékben számítunk, a következőképpen adható meg:
f c-Vq(ai2o3P CN^Q(fürdő) ? ahol C“ az aluladagolás sebessége, adagolt Al203 kg/óra, CN a névleges adagolási sebesség, ugyanabban az egységben. Bármilyen más koherens mértékegység használható, például a két timföldadag adagolása közötti idő inverze.
Q (A12O3) az elektrolízisben egységnyi idő alatt elfogyott timföld tömege,
Q (fürdő) a fürdő tömege, amely képes feloldani a timföldet, és amennyi az edényben van (például, ha a fürdő tömegét kg-ban adjuk meg, kb. 30 I, ahol, I az elektrolízis áramerőssége kA-ben). Megjegyzendő, hogy a fürdő olvadásának vagy megszilárdulásának időkonstansa nagyon magas (általában néhány óra), ez a mennyiség csak nagyon lassan változik az idővel.
Például egy 280 kA-os cella esetén, amely 8000 kg folyékony fürdőt tartalmaz, és amely 170 kg timföldet fogyaszt óránként, C“=0,7 CN aránynál: D = 0,64%/óra értéket kapunk.
Ennek megfelelően a P = -l/D(dRj/dt) paramétert megbízhatóan és gyakran lehet mérni.
d) Ahogyan az aluladagolás ideje telik, a P érték, amely kezdetben alacsonyabb, mint egy meghatározott Po érték, emelkedik, és végül eléri ezt a meghatározott értéket. Ez egy Γ idő eltelte után következik be, amely nem határozható meg biztonságosan előre, és amely általában eltér a túladagolás t+ idejétől.
e) Ezután visszatérünk a névleges CN sebességhez, azaz ahhoz a sebességhez, amely megegyezik az elektrolízisben időegység alatt elfogyasztott timfölddel, ezt tartjuk egy tN ideig, majd az a) pont alatti módon újrakezdjük a ciklust.
Ahhoz, hogy a timföldtartalom a cella polarizációját eredményező kritikus tartalomhoz a legközelebb legyen, fontos, hogy a névleges sebességgel történő adagolás után, mielőtt a Po paraméternél jellemezhető ponton elkezdenénk dolgozni, egy túladagolás! időt iktassunk be, amely lehetővé teszi, hogy a kritikus tartalomról elmozduljunk.
A találmány szerinti szabályozás természetesen a cella működési idejének csak egy részében alkalmazható, előnyösen akkor, amikor a cella stabil.
A normális működést némely eljárási lépés megzavarhatja, így például az anódcsere vagy a termelt fém eltávolítása.
Szakember számára nyilvánvaló, hogy az ilyen zavaró technológiai lépések során és utána, míg a cella vissza nem áll a megfelelően stabil állapotba, speciális szabályozási mód alkalmazható.
Szakember számára az is nyilvánvaló, hogy a túladagolás! lépés (3) és az aluladagolási lépés (4) közé egy kiegészítő, névleges adagolási sebességű - vagy csekély mértékű túl- vagy aluladagolásifázis iktatható be anélkül, hogy a találmány szerinti eljárás ezzel megváltozna, azaz ez nem befolyásolja azt, hogy a működési pontot úgy határozzuk meg, hogy a P = l/D(dRj/dt) paraméter Po-hoz közel legyen.
A Po érték meghatározására vonatkozóan, amely a cella gazdaságosság szempontjából optimális működési pontjához a legközelebb van, az volt a tapasztalatunk, hogy a Po arányos a
K2/I hányadossal, ahol Po mértékegysége mikroohm per másodperc per tömeg% per óra,
K2 egy technikai koefficiens, amely a cella fizikokémiai és technikai jellemzőit veszi figyelembe,
I a cella működtetéséhez szükséges áramerősség, mértékegysége kiloamper, az arányossági tényező egy adott időpont gazdasági körülményeit veszi figyelembe (különösen az energiaköltségeket összevetve más gyártási költségekkel, kivéve a timföldet).
A Po paramétert előnyösen 2/1001 és 10/1001 közötti értéken tartjuk.
Az arányossági tényező és K2 értéke a következőképpen számítható:
Arányossági tényező : a rögzített átalakítási költségek összegét (kivéve a timföldet), amely magában foglalja különösen az energiaköltségeket és a fogyasztott széntartalmú termékek költségeit, munka- és értékcsökkenési költségeket, pénzügyi költségeket, az energiaköltségekre vonatkoztatjuk.
Illusztrációképpen, de nem korlátozó jelleggel, 1 tonna alumíniumra vonatkoztatva az arányossági tényező a következőképpen becsülhető:
A = timföld és különböző nyersanyagok költsége (kivéve a szenet),
C = széntartalmú nyersanyagok költsége,
E = energiaköltség (elektrolízis és lecsapolás),
P = más termelési költségek (főleg munka és fenntartási költségek),
AFF = értékcsökkenési és pénzügyi költségek.
HU 205 632 Β így az arányossági tényező a következő képlettel számítható:
(C + Ε + P + AFF)/E (+20%-os közelítése megfelelő a gazdasági optimum megállapításához).
Az alumíniumgyártás költségei például a következők:
A= 4000 FF 10)3 kg (FF = francia frank)
C =1000 FF/103 kg B =2000 FF/103 kg P = 2000 FF/103 kg AFF=1200 FF/103 kg így az arányossági tényező értéke = (1000 + 2000 + 2000 + 1200)/2000 = 6200/2000 = 3,10.
K2 „technikai” koefficiens: tapasztalatilag, első közelítésképpen (ami általában meg is felel a cella megfelelően optimalizált működésének megállapításához) a következő értéket kapjuk:
K2 = -(l/360)x(U/F)xdF/d(Al203) ahol U a cella feszültsége normál körülmények között, voltban kifejezve, általában 3,8 és 5,5 közötti érték, ha jól képzett mérnökök megfelelően működtetik a cellát,
F a cella Faraday-hatásfoka, általában 0,88 és 0,96 közötti érték, hasonlóképpen helyesen működtetett cella esetén, dF/ (d(Al203) a Faraday-hatásfok deriváltja a fürdő timföld tartalmára vonatkoztatva,%/%-ban kifejezve, ahol a timföldtartalom 1 és 4% között van, előnyösen 1,5 és 3% között.
A dF/d(Al203) faktor különböző más faktoroktól függ, így a fürdő összetételétől (savasság = A1F3 fölösleg), túlhevítettségétől (pl. a fürdő valóságos hőmérséklete és kezdeti megszilárdulási hőmérséklete közötti különbségtől), a mágneses egyensúlytól (és különösen a fürdő/fém érintkezési felület deformálódása és keveredése).
Általában ezt a dF/d(A1203). faktort kísérleti úton kell meghatározni minden cellatípusra és a különböző fürdőtípusokra (enyhén savas fürdő, kevesebb, mint 9% A1F3 fölösleggel vagy nagyon savas fürdő, több, mint 8% A1F3 fölösleggel vagy további adalékanyagok, pl. LiF és MgF2). Ha egyszer meghatároztuk, többé már nem függ gazdasági körülményektől, nyers közelítés céljára megfelel.
Nem korlátozó jelleggel, 280 kA nominális áramerősséggel működő cella esetén, amelyben 13% A1F3 felesleget és kevesebb, mint 1% LiF-t tartalmazó fürdőt használunk, a fürdő hőmérséklete mintegy 950 °C, timföldtartalom 1,7 és 2,5% közötti, például a következő értéket találtuk:.
dF/d(Al203) -1,5 (% Faraday per % timföld) (azaz a Faraday-hatásfok 1,5%-kal emelkedik, ha a timföldtartalom 1%-kal csökken).
Ugyanennél a cellánál, ugyanilyen működési feltételek mellett a következő adatokat mértük:
F = 0,95 (azaz 95%)
V= 4,10 volt.
Ezekből az adatokból erre a cellára, savas fürdő esetén a K2 koefficiens a következő:
K2=-(l/360)x(4,l/0,95)x(-l,5) = +1,8/100.
A találmány szerinti eljárást a következő példával szemléltetjük, nem korlátozó jelleggel.
Példa
A találmány szerinti eljárást elektrolizáló cellasoron alkalmaztuk, amelyek 280 kA áramerősséggel, cellánként 4,10 V feszültségnél működtek, a Faraday-hatásfok 95%, az elektrolizáló fürdő átlagos timföldtartalma 2,3%, amelyet a 2487 386 számú FR szabadalmi leírásban ismertetett, görbe-számításos módszerként ismert eljárással szabályoztunk.
A termelés cellánként 2145 kg/nap volt, az energiafogyasztás pedig 46296 MJ/kg volt.
A Po paramétert a következők alapján határoztuk meg:
arányossági tényező = 3,10
K2=+1,8/100 (I = a névleges 280 kA-rel)
Po = +200x10® (mikroohm per másodperc per tömeg% per óra),
6 amely megfelel: -!- értéknek.
1001
Aluladagolás esetén, amikor C' a névleges adagolás 70%-a, amely a timföldtartalom D = -0,64% per óra változásának felelt meg, az ismertetett módszerrel meghatároztuk a működési pontot, ahol dR/dt = -Po x D = +130x10® mikroohm/másodperc abban a pillanatban, amikor a CN névleges adagolási sebesség kezdődik. A következő eredményeket kaptuk:
| Paraméterek | Összehasonlítva az ismert módszerrel | |
| J egyensúlyi áramerősség: | 281 kA | (+0,3%) |
| Feszültség: | 4,15 V | (+1,2%) |
| Faraday-hatásfok: | 95,7% | (+0,7%) |
| Energiafogyasztás: | 46,512 MJ/kg | (+0,5%) |
| Napi termelés: | 2157 kg/nap | (+1,0%) |
| A fürdő átlagos timföldtartalma: | 1,9% |
A nyereség az előállítási költségekben kifejezve (értékcsökkenési és pénzügyi költségek beleértve) a termelt alumínium tonnáira számítva 20 francia frank volt.
Claims (4)
- SZABADALMI IGÉNYPONTOK1. Eljárás az elektrolizáló fürdőben oldott timföldtartalom pontos, alacsony értéken tartására alumíniumgyártó elektrolizáló cellában, ahol a Faraday-féle hatásfok legalább 94%, amelynek során az elektrolizáló cellába váltakozva C kg/óra csökkentett és C+ kg/óra megnövelt se6HU 205 632 Β bességgel adagoljuk a timföldet, azzal jellemezve, hogy előzetesen meghatározunk egy szabályozó paramétert:dRi uohm/sec P = -1/Dx-x- ahol dt töm%/oraR,: a cella belső ellenállása μοίηη mértékegységben, t: idő, sec mértékegységben,D: az elektrolizáló fürdő timföldtartalmából levezetett érték:C~ Q(A12O3) tömeg%CN X Q(fürdő) óra ahol CN: a timföldadagolásának névleges sebessége kg/óra mértékegységben,C: a timföld aluladagolás sebessége kg/óra mértékegységben,Q(A1203): a cella által fogyasztott timföld mennyisége kg/óra mértékegységben,Q(fürdő): a cellában levő elektrolizáló fürdő menynyisége kg mértékegységben, majd ismétlődő ciklusban a következő műveleteket a következő sorrendben hajtjuk végre:a) a timföldet CN névleges sebességgel adagoljuk, azaz az adagolt mennyiség lényegében véve megfelel az elektrolízis által elfogyasztott timföld mennyiségének,b) előzetesen meghatározott t+ óra ideig a CN kg/óra névleges sebességnél nagyobb θ' kg/óra adagolási sebességgel túladagoljuk a timföldet, ennek során a dRj/dt derivált értéke negatív értéket vesz fel, majdc) az adagolás sebességét a CN kg/óra névleges sebességnél kisebb C' kg/óra sebességre csökkentjük, ennek során a dRj/dt derivált előbb negatív, majd nulla, majd pozitív értéket vesz fel; a P szabályozó paraméter növekvő értékét gyakran meghatározzuk,d) P egymást követően mért értékeit összehasonlítjuk egy előre meghatározott Po névleges értékkel, amely arányos a K2/I hányadossal, aholI az elektrolízis áramerőssége kA mértékegységben,K2 = -(l/360)x(U/F)xdF/d(Al203), aholU a cella feszültsége V mértékegységben,F a cella Faraday-hatásfoka, amely dimenziónélküli szám, és amikor P=Po, az adagolás sebességét CN értékre növelve új ciklust kezdünk.
- 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a b) túladagolást lépés után néhány percig CN névleges sebességgel történő adagolást végzünk, mielőtt az aluladagolást megkezdenénk.
- 3. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a b) túladagolást lépés után néhány percig a CN névleges sebességhez közelálló értékkel történő adagolást végzünk.
- 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a Po paramétert, mikroohm per másodperc per tömeg% per óra értékben kifejezve 2/100*1 és 10/100*1 közötti értéknek vesszük, ahol I az elektrolízis áramerőssége kA értékben.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8507319A FR2581660B1 (fr) | 1985-05-07 | 1985-05-07 | Procede de regulation precise d'une faible teneur en alumine dans une cuve d'electrolyse ignee pour la production d'aluminium |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| HUT45102A HUT45102A (en) | 1988-05-30 |
| HU205632B true HU205632B (en) | 1992-05-28 |
Family
ID=9319270
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| HU861893A HU205632B (en) | 1985-05-07 | 1986-05-07 | Processfor keeping alum content on a low level in the bath of an electrolyzing celle in aluminium production |
Country Status (22)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4654129A (hu) |
| EP (1) | EP0201438B1 (hu) |
| JP (1) | JPS61261490A (hu) |
| CN (1) | CN1006307B (hu) |
| AT (1) | ATE44165T1 (hu) |
| AU (1) | AU576152B2 (hu) |
| BR (1) | BR8602039A (hu) |
| CA (1) | CA1251417A (hu) |
| DE (1) | DE3664058D1 (hu) |
| ES (1) | ES8800733A1 (hu) |
| FR (1) | FR2581660B1 (hu) |
| GR (1) | GR861139B (hu) |
| HU (1) | HU205632B (hu) |
| IN (1) | IN164906B (hu) |
| IS (1) | IS1347B6 (hu) |
| MY (1) | MY101644A (hu) |
| NO (1) | NO172192C (hu) |
| NZ (1) | NZ216051A (hu) |
| OA (1) | OA08324A (hu) |
| PL (1) | PL144950B1 (hu) |
| TR (1) | TR22683A (hu) |
| ZA (1) | ZA863380B (hu) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2605410B1 (fr) * | 1986-10-17 | 1988-11-25 | Pechiney Aluminium | Procede et dispositif de mesure electrochimique de la concentration en ions oxyde dans un bain a base d'halogenures fondus |
| EP0671488A3 (en) | 1989-02-24 | 1996-01-17 | Comalco Alu | Process for controlling aluminum melt flow cell. |
| EP0455590B1 (de) * | 1990-05-04 | 1995-06-28 | Alusuisse-Lonza Services Ag | Regulierung und Stabilisierung des A1F3-Gehaltes in einer Aluminiumelektrolysezelle |
| ZA915511B (en) * | 1990-07-17 | 1992-04-29 | Commw Scient Ind Res Org | Rock bolt system and method of rock bolting |
| FR2749858B1 (fr) * | 1996-06-17 | 1998-07-24 | Pechiney Aluminium | Procede de regulation de la teneur en alumine du bain des cuves d'electrolyse pour la production d'aluminium |
| CA2230882C (en) | 1997-03-14 | 2004-08-17 | Dubai Aluminium Company Limited | Intelligent control of aluminium reduction cells using predictive and pattern recognition techniques |
| NO311623B1 (no) * | 1998-03-23 | 2001-12-17 | Norsk Hydro As | Fremgangsmåte for styring av aluminiumoksidtilförsel til elektrolyseceller for fremstilling av aluminium |
| FR2821364B1 (fr) | 2001-02-28 | 2004-04-09 | Pechiney Aluminium | Procede de regulation d'une cellule d'electrolyse |
| US6837982B2 (en) | 2002-01-25 | 2005-01-04 | Northwest Aluminum Technologies | Maintaining molten salt electrolyte concentration in aluminum-producing electrolytic cell |
| US8052859B2 (en) * | 2006-12-19 | 2011-11-08 | Michael Schneller | Aluminum production process control |
| EP2135975A1 (en) | 2008-06-16 | 2009-12-23 | Alcan International Limited | Method of producing aluminium in an electrolysis cell |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3629079A (en) * | 1968-02-23 | 1971-12-21 | Kaiser Aluminium Chem Corp | Alumina feed control |
| US3712857A (en) * | 1968-05-20 | 1973-01-23 | Reynolds Metals Co | Method for controlling a reduction cell |
| US3622475A (en) * | 1968-08-21 | 1971-11-23 | Reynolds Metals Co | Reduction cell control system |
| FR2487386A1 (fr) * | 1980-07-23 | 1982-01-29 | Pechiney Aluminium | Procede et appareillage pour reguler de facon precise la cadence d'introduction et la teneur en alumine d'une cuve d'electrolyse ignee, et application a la production d'aluminium |
| US4425201A (en) * | 1982-01-27 | 1984-01-10 | Reynolds Metals Company | Method for improved alumina control in aluminum electrolytic cells |
| NO166821C (no) * | 1985-02-21 | 1991-09-04 | Aardal & Sunndal Verk As | Fremgangsmaate for styring av aluminiumoksyd-tilfoerselen til elektrolyseovner for fremstilling av aluminium. |
-
1985
- 1985-05-07 FR FR8507319A patent/FR2581660B1/fr not_active Expired
-
1986
- 1986-04-24 IN IN321/CAL/86A patent/IN164906B/en unknown
- 1986-04-29 GR GR861139A patent/GR861139B/el unknown
- 1986-05-02 IS IS3095A patent/IS1347B6/is unknown
- 1986-05-05 DE DE8686420118T patent/DE3664058D1/de not_active Expired
- 1986-05-05 NZ NZ216051A patent/NZ216051A/xx unknown
- 1986-05-05 AT AT86420118T patent/ATE44165T1/de not_active IP Right Cessation
- 1986-05-05 US US06/859,907 patent/US4654129A/en not_active Expired - Fee Related
- 1986-05-05 EP EP86420118A patent/EP0201438B1/fr not_active Expired
- 1986-05-06 PL PL1986259354A patent/PL144950B1/pl unknown
- 1986-05-06 ES ES554683A patent/ES8800733A1/es not_active Expired
- 1986-05-06 ZA ZA863380A patent/ZA863380B/xx unknown
- 1986-05-06 CA CA000508520A patent/CA1251417A/fr not_active Expired
- 1986-05-06 BR BR8602039A patent/BR8602039A/pt not_active IP Right Cessation
- 1986-05-06 NO NO861806A patent/NO172192C/no unknown
- 1986-05-06 AU AU57157/86A patent/AU576152B2/en not_active Ceased
- 1986-05-06 CN CN86103165A patent/CN1006307B/zh not_active Expired
- 1986-05-07 JP JP61104591A patent/JPS61261490A/ja active Pending
- 1986-05-07 HU HU861893A patent/HU205632B/hu not_active IP Right Cessation
- 1986-05-07 OA OA58855A patent/OA08324A/xx unknown
- 1986-05-07 TR TR25030/86A patent/TR22683A/xx unknown
-
1987
- 1987-04-09 MY MYPI87000457A patent/MY101644A/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ZA863380B (en) | 1987-02-25 |
| PL144950B1 (en) | 1988-07-30 |
| FR2581660A1 (fr) | 1986-11-14 |
| HUT45102A (en) | 1988-05-30 |
| AU576152B2 (en) | 1988-08-11 |
| IN164906B (hu) | 1989-07-01 |
| NZ216051A (en) | 1989-10-27 |
| GR861139B (en) | 1986-08-21 |
| MY101644A (en) | 1991-12-31 |
| IS1347B6 (is) | 1989-03-20 |
| DE3664058D1 (en) | 1989-07-27 |
| AU5715786A (en) | 1986-11-13 |
| CN1006307B (zh) | 1990-01-03 |
| NO861806L (no) | 1986-11-10 |
| US4654129A (en) | 1987-03-31 |
| CA1251417A (fr) | 1989-03-21 |
| CN86103165A (zh) | 1986-11-05 |
| EP0201438B1 (fr) | 1989-06-21 |
| ATE44165T1 (de) | 1989-07-15 |
| BR8602039A (pt) | 1987-01-06 |
| NO172192C (no) | 1993-06-16 |
| FR2581660B1 (fr) | 1987-06-05 |
| JPS61261490A (ja) | 1986-11-19 |
| ES8800733A1 (es) | 1987-11-16 |
| NO172192B (no) | 1993-03-08 |
| IS3095A7 (is) | 1986-11-08 |
| TR22683A (tr) | 1988-03-03 |
| OA08324A (fr) | 1988-02-29 |
| ES554683A0 (es) | 1987-11-16 |
| EP0201438A1 (fr) | 1986-11-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| HU205632B (en) | Processfor keeping alum content on a low level in the bath of an electrolyzing celle in aluminium production | |
| US4431491A (en) | Process and apparatus for accurately controlling the rate of introduction and the content of alumina in an igneous electrolysis tank in the production of aluminium | |
| EP0386899A2 (en) | Process for controlling aluminium smelting cells | |
| US20070095672A1 (en) | Method of controlling aluminum reduction cell with prebaked anodes | |
| RU2596560C1 (ru) | Способ управления подачей глинозема в электролизер при получении алюминия | |
| US4654130A (en) | Method for improved alumina control in aluminum electrolytic cells employing point feeders | |
| US6126809A (en) | Method for controlling the feed of alumina to electrolysis cells for production of aluminum | |
| CN1144900C (zh) | 控制冰晶石熔体重AlF3含量的方法 | |
| US5094728A (en) | Regulation and stabilization of the alf3 content in an aluminum electrolysis cell | |
| JPS5810996B2 (ja) | アルミニウム電解槽に対するアルミナ供給の制御方法 | |
| US4867851A (en) | Process for regulating the acidity of all-Heelectrolytic cells | |
| AU2002242786B2 (en) | Method for regulating an electrolysis cell | |
| US4437950A (en) | Method of controlling aluminum electrolytic cells | |
| SU855079A1 (ru) | Способ регулировани теплового режима алюминиевого электролизера | |
| JPS5946317B2 (ja) | 電解槽の制御方法 | |
| JPS5921390B2 (ja) | アルミニウム電解槽の制御方法 | |
| Vassiliadou et al. | Energy Savings in Aluminium Electrolysis by Continual Monitoring and Control of the AlF3 Content of the Cryolitic Melt |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HMM4 | Cancellation of final prot. due to non-payment of fee |