IT9021054A1 - Procedimento per la misura ed il controllo della concentrazione di allumina nelle celle elettrolitiche per la produzione di alluminio - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
Oggetto della presente invenzione è un procedimento per la misura ed il controllo della concentrazione di allumina (AL 0 ) nel bagno criolitico che costituisce l'elettrolita delle celle per la produzione di alluminio primario, in modo da poter regolare e mantenere detta concentrazione entro l'intervallo in cui si ottengono i massimi rendimenti di corrente e le migliori condizioni operative.
E' noto che la concentrazione di allumina nel bagno criolitico costituisce un elemento fondamentale neLla marcia delle celle elettrolitiche per la produzione di alluminio primario. E’ molto importante infatti, per La produttività della cella che la concentrazione di allumina nel bagno non scenda al di sotto dell’1,51 e non superi il 6%. Nel primo caso si determina infatti l'effetto anodico con conseguente fortissimo innalzamento della tensione (da circa A a 30 o 40 u), mentre nel secondo si formano depositi di allumina sul fondo delta cella che isolando parzialmente iL catodo determinano forti correnti orizzontali nel metaLLo liquido. Queste, interferendo con il campo magnetico, provocano agitazione del metallo e quindi instabilità della cella. E' quindi essenziale conoscere costantemente la concentrazione delL'allumina nel bagno per poter assicurare una marcia costante ed in condizioni ottimali, au mentando l'allumina quando necessario e nella quantità dovuta. Normalmente, l'alimentazione di allumina nel bagno criolltico viene effettuata nei moderni impianti mediante alimentatori dosatori, con immissione continua di piccale quantità di allumina in fori praticati neLla crosta del bagno crioLitico.
E' noto che l'evoluzione tecnologica subita dal processo di elettrolisi per La produzione di alluminio è dovuta, negli ultimi anni, in gran parte allo sviluppo del controllo del bagno elettrolitico, che viene effettuato attualmente sfruttando la correlazione di aLcuni parametri elettrici con il tenore . di alLumina nel bagno stesso, secondo sofisticati procedimenti di controllo.
Nel brevetto US 4,341,491 CBDNNY et AL), ad esempio, viene descritto un procedimento per controllare e regolare La concentrazione di allumina nel bagno di elettrolisi che consiste sostanzialmente nel regolare L'introduzione dell'allumina in funzione delle variazioni della resistenza interna della ceLla per intervalli di tempo predeterminati, alternando cicli con aLimentazione più lenta a cicli con alimentazione più veloci.
Secondo un'altro procedimento formante oggetto della domanda di brevetto italiana N0.19Z69R/69 depositata il 02 Febbraio 1969 a nome della stessa Richiedente, il controllo e la regolazione dei parametri di marcia della cella di elettrolisi , e precisamente della distanza interpolare e della concentrazione di alLumina nel bagno viene effettuato sostanzialmente alimentando l 'allumina periodicamente in dosi successive e costanti e ad intervalli regolari e correlando il dosaggio dell ’allumina e quindi la sua concentrazione nel bagno con l 'andamento delle variazioni della tensione di cella secondo una relazione che tiene conto, tra l 'altro, di coefficienti determinati per via sperimentale mediante la misura della variazione della sovratensione di concentrazione in funzione della concentrazione di allumina nel bagno.
appare evidente da quanto esposto l 'importanza fondamentale che riveste il poter conoscere in ogni momento e tempestivamente la concentrazione di allumina nel bagno criolitico ed iL poter misurare Le variazioni e le oscillazioni di tale concentrazione in relazione agli altri parametri di marcia e della alimentazione della stessa allumina.
E' d'altra parte ben noto che L 'esecuzione di una analisi chimica del bagno criolitico che consente di misurare con sicurezza iL tenore di allumina non è utilizzabile industrialmente per il controllo e la regolazione dei parametri di marcia del processo di elettrolisi in quanto consiste per forza di cose in una operazione discontinua, non automat izzabile e che richiede per la sua esecuzione un tempo di circa A ore, per cui è in grado di fornire gli elementi richiesti quando le condizioni di marcia sono ormai mutate rispetto al momento in cui era stato prelevato il campione di bagno per La esecuzione dell'analisi.
Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un procedimento che consenta di misurare con precisione ed in modo molto rapido iL tenore di alLumina nel bagno criolitico, in modo da poterlo costantemente mantenere al valore desiderato.
nitro scopo dell'invenzione & quello di realizzare un procedimento che consenta di misurare con precisione il tenore di allumina nel bagno anche a concentrazioni molto basse e che sia direttamente utilizzabile nella realizzazione dei procedimenti di controllo e di regolazione della marcia delle celle che sfruttano le correlazioni tra parametri di tipo elettrica e la concentrazione delL'allumina.
Un ulteriore scopo dell'invenzione è la realizzazione di un procedimento per la misura della concentrazione del L 'al lumina nel bagno che sia automatizzabile e/o reso semicontinuo e che consenta la conduzione automatizzata del processo di elettrolisi.
Questi ed altri scopi ancora e relativi vantaggi che potranno essere evidenziati dalla descrizione che segue, vengono raggiunti da un procedimento per la misura ed il controllo della concentrazione del L 'al lumina (FU 0 ) nel bagno crialitica che 3
costituisce l 'elettrolita delle celle per la produzione di alluminio primario, il quale procedimento, secondo il presente trovato, comprende le seguenti fasi:
fl. Prelievo di un campione di bagno criolitico fuso dalla cella di elettrolisi mediante sonda di tipo noto o altro mezzo equivalente;
B. raffreddamento di detto campione fino ad una o
temperatura inferiore a 100 C e sua macinazione spinta ed omogeneizzazione;
C. prelievo di una quantità esattamente dosata mediante misura volumetrica o mediante pesata di detto campione macinato ed omogeneizzato;
0. miscelazione di detta quantità dosata di detto campione con una quantità all 'incirca uguale di un materiale carbonioso finemente macinato scelto dal gruppo comprendente grafite e carbone, detto materiale carbonioso essendo esente e mantenuto esente da ossigeno e/o da prodotti contenenti ossigeno sotto qualsiasi forma o combinazione;
E. riscaldamento di detta quantità dosata di detto campione in miscela con detto materiale carbonioso in ambiente perfettamente chiuso e rigorosamente esente da ossigeno e/o da prodotti contenenti ossigeno sotto qualsiasi forma o combinazione, ad una temperatura di o
almeno 2050 C, raccolta e raffreddamento dei gas emessi e separazione, da detti gas mediante opportuni filtri di tipo chimico e/o fisico di tipo noto delle particelle solide e/o condensate e dei gas fluorurati eventualmente presenti;
F. convogl lamento di detti gas emessi e filtrati in un opportuno rivelatore di ossido di carbonio CO e determinazione quantitativa di detto CO presente in detti gas.
o
Si è visto infatti che alla temperatura di 2050 C tutto l'ossigeno contenuto nell'allumina RI 0 presente come 2 3
tale o anche Legata chimicamente nel bagno criolitico, in presenza di materiale carbonioso, quale ad esempio grafite, viene trasformato quantitativamente in CO e che dalla determinazione quantitativa di tale CO si risale univocamente alla quantità di RI 0 presente nel 2 3
bagno criolitico.
Per La determinazione quantitativa di CO nei gas può essere vantaggiosamente impiegato un rivelatore a raggi infrarossi di tipo noto e comunemente reperibile sul mercato.
Per il riscaldamento e la raccolta del gas secondo le fasi E ed F può essere vantaggiosamente impiegata una apparecchiatura del tipo usato ad esempio per il controllo dell'ossigeno libero nei metalli ad alta purezza, consistente sostanzialmente in una bilancia di precisione ed in un forno elettrico in grado di raggiungere in pochi secondi temperature superiori a o
2000 C, anch'essa comunemente reperibile in commercio. I gas fluorurati che si sviluppano eventualmente insieme al CO, costituiti sostanzialmente da acido fluoridrico, vengono separati facendoli assorbire ad esempio su NaOH, in modo che non passino nel rivelatore e non possano quindi danneggiarlo.
La quantità di campione prelevata secondo la fase R viene definita in modo da assicurare che il campione prelevato sia significativo del bagno criotitico; essa è di solito dell'ordine di B0-100 g. La quantità di campione dosata che viene sottoposta a riscaldamento è invece dell'ordine di qualche grammo, ed è cioè solitamente compresa tra 0.5-2 g di materiale.
II tempo richiesto per completare il procedimento è dell'ordine di qualche minuto, solitamente di 2-4 minuti, e consente quindi di verificare la situazione reale deLla celLa di elettrolisi.
La successione delle fasi del procedimento secondo La presente invenzione può essere realizzata in continuo mediante apparecchiatura situata presso la cella di elettrolisi e direttamente collegata, sia ai dispositivi di alimentazione dell'allumina che ai dispositivi di regolazione della distanza anodica, in modo da realizzare, tramite opportuno elaboratore e secondo un programma predisposto, l'automazione del processo di elettrolisi.
IL procedimento oggetto della presente invenzione consente la misura del tenore di aLLumina nel bagno con la massima precisione, con uno scarto medio che è del 31 quando la concentrazione dell'allumina nel bagno e dell'ordine deLl'1.3%, in pratica all'effetto anodico, ed è del 2X o anche meno, quando la concentrazione dell'allumina è dell'ordine di 2.51. E* cosi possibile mantenere la concentrazione della allumina nel bagno durante l'elettrolisi anche a valori molto bassi, ad esempio nell'intorno del 2X, cioè neL campo in cui, come noto, si ottengono i massimi rendimenti di corrente.
Fra i motti vantaggi che vengono realizzati con La presente invenzione si possono indicare:
- IL rigoroso controllo degli effetti anodici, in quanto l'insorgere degli stessi non è più casuale ma è controllato e può essere programmato.
- L'eliminazione degli accumuli di melme alluminose sul fondo delle celle.
- L'aumento del rendimento di corrente.
- L'aumento deLla vita media delle celle. come conseguenza indiretta della mancata formazione delle melme di assido di alluminio e quindi del mancato sporcamente ed isolamento dei catodi.
RIVENDICAZIONI
1. Procedimento per la misura ed il controllo della concentrazione dell'allumina (RI 0 ) nel bagno
2 3
criolitico che costituisce l'elettrolita delle celle per la produzione di alluminio primario caratterizzato dal fatto che comprende le seguenti fasi:
R. Prelievo di un campione di bagno criolitico fuso dalla cella di elettrolisi mediante sonda di tipo noto o altro mezzo equivalente;
Θ. raffreddamento di detto campione fino ad una o
temperatura inferiore a 188 C e sua macinazione spinta ed omogeneizzazione;
C. prelievo di una quantità esattamente dosata mediante misura volumetrica o mediante pesata di detto campione
Claims (5)
- presente invenzione si possono indicare: - IL rigoroso controllo degli effetti anodici, in quanto l'insorgere degli stessi non è più casuale ma è controllato e può essere programmato. - L'eliminazione degli accumuli di melme alluminose sul fondo delle celle. - L'aumento del rendimento di corrente. - L'aumento deLla vita media delle celle. come conseguenza indiretta della mancata formazione delle melme di assido di alluminio e quindi del mancato sporcamente ed isolamento dei catodi. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la misura ed il controllo della concentrazione dell'allumina (RI 0 ) nel bagno 2 3 criolitico che costituisce l'elettrolita delle celle per la produzione di alluminio primario caratterizzato dal fatto che comprende le seguenti fasi: R. Prelievo di un campione di bagno criolitico fuso dalla cella di elettrolisi mediante sonda di tipo noto o altro mezzo equivalente; Θ. raffreddamento di detto campione fino ad una o temperatura inferiore a 188 C e sua macinazione spinta ed omogeneizzazione; C. prelievo di una quantità esattamente dosata mediante misura volumetrica o mediante pesata di detto campione macinato ed omogeneizzato; □. miscelazione di detta quantità dosata di detto campione con una quantità all'incirca uguale di un materiale carbonioso finemente macinato scelto dal gruppo comprendente grafite e carbone, detto materiale carbonioso essendo esente e mantenuto esente da ossigeno e/o da prodotti cuntenenti ossigeno sotto qualsiasi forma o combinazione; E. riscaldamento di detta quantità dosata di detto campione in miscela con detto materiale carbonioso in ambiente perfettamente chiuso e rigorosamente esente da ossigeno e/o da prodotti contenenti ossigeno sotto qualsiasi forma o combinazione, ad una temperatura di o almeno 2050 C, raccolta e raffreddamento dei gas emessi e separazione, da detti gas mediante opportuni filtri di tipo chimico e/o fisico di tipo noto delle particelle solide e/o condensate e dpi gas fluorurati eventualmente presenti ; F. convogl iamento di detti gas emessi e filtrati in un opportuno rivelatore di ossido di carbonio CO e determinazione quantitativa di detto CO presente in detti gas.
- 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detta determinazione quantitativa dell'ossido di carbonio CO viene eseguita mediante un rivelatore a raggi infrarossi.
- 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detti gas fluorurati vengono separati mediante assorbimento su NaOH.
- 4. Procedimento secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detta quantità dosata di detto campione di cui a detta fase C è dell'ordine di alcuni grammi, preferibilmente compresa tra 0.5 e 3 g di detto campione macinato ed omogeneizzato.
- 5. Procedimento secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che è realizzato in continuo mediante apparecchiatura situata presso la cella di elettrolisi e direttamente collegata, sia ai dispositivi di alimentazione dell'allumina che ai dispositivi di regolazione della distanza anodica, in modo da realizzare, tramite opportuno elaboratore e secondo un programma predisposto, l'automazione del processo di elettrolisi.
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