RU2057207C1

RU2057207C1 - Method for avoiding anode effect and removal of coal foam from aluminum elecrolyzer interpole spacing

Info

Publication number: RU2057207C1
Application number: RU93021009A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Деревягин; А.А. Маленко; В.А. Суровцев; П.А. Житов
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Братский алюминиевый завод"
Priority date: 1993-04-23
Filing date: 1993-04-23
Publication date: 1996-03-27

Abstract

FIELD: electrolyzers. SUBSTANCE: method involves supplying pulses of compressed air into interpole spacing simultaneously into at least two channels independently of voltage in electrolyzer and concentration of aluminum oxide in electrolyte during intervals between cycles of supplying alumina into electrolyte and interpole spacing regulation cycles, with compressed air supply cycle time being 1-3 sec. EFFECT: increased efficiency and simplified process. 2 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к электролизу криолито-глиноземных расплавов на углесодержащем аноде. The invention relates to the electrolysis of cryolite-alumina melts on a carbon-containing anode.

Наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату являются способ и устройство для производства алюминия, согласно которым к нижней границе анода подводят газ через вертикальное отверстие в аноде, подачу газа выполняют периодически при нормальной работе электролизера, когда концентрация оксида алюминия в электролите выше критической [1]
Недостатком известного способа является необходимость постоянного определения концентрации оксида алюминия в электролите и сравнения с заданным критическим значением концентрации. Это усложняет устройство для реализации способа, требуется увязка его со способом и устройством питания ванны глиноземом.The closest in technical essence and the achieved result are the method and device for aluminum production, according to which gas is supplied to the lower boundary of the anode through a vertical hole in the anode, gas is supplied periodically during normal operation of the electrolyzer, when the concentration of aluminum oxide in the electrolyte is higher than critical [1]
The disadvantage of this method is the need for continuous determination of the concentration of alumina in the electrolyte and comparison with a given critical concentration value. This complicates the device for implementing the method, it needs to be linked to the method and device for feeding the bath with alumina.

Подача газа в трубу при нормальной работе электролизера согласно известному способу также усложняет реализацию способа и устройства, ограничивает их возможности, поскольку необходимо определять критерии и границы нормальной работы электролизера. The gas supply to the pipe during normal operation of the electrolyzer according to the known method also complicates the implementation of the method and device, limits their capabilities, since it is necessary to determine the criteria and boundaries of the normal operation of the electrolyzer.

Подача газа через одно отверстие в аноде не обеспечивает эффективного удаления угольной пены из межполюсного зазора и ее окисление. The gas supply through one hole in the anode does not ensure the effective removal of coal foam from the interpolar gap and its oxidation.

Все это не позволяет увеличить производительность электролизера, снизить частоту анодных эффектов, выбросы вредных веществ в атмосферу и трудозатрат за счет стабилизации технологического хода электролизера. All this does not allow to increase the productivity of the cell, to reduce the frequency of anode effects, the emission of harmful substances into the atmosphere and labor costs due to the stabilization of the technological course of the cell.

Целью изобретения является повышение производительности электролизера, снижение частоты анодных эффектов, выбросов вредных веществ в атмосферу и трудозатрат. The aim of the invention is to increase the productivity of the electrolyzer, reducing the frequency of anode effects, emissions of harmful substances into the atmosphere and labor.

Цель достигается тем, что подачу сжатого воздуха или другого газа в межполюсный зазор (МПЗ) алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом осуществляют импульсами одновременно не менее чем в два канала независимо от напряжения на электролизере и концентрации оксида алюминия в электролите в промежутках между циклами подачи глинозема в электролит и циклами регулирования межполюсного зазора. Время цикла подачи сжатого воздуха или газа находится в пределах 1-3 с. The goal is achieved by the fact that the supply of compressed air or other gas to the interpolar gap (MPZ) of the aluminum electrolyzer with a self-burning anode is carried out by pulses simultaneously in at least two channels, regardless of the voltage on the cell and the concentration of aluminum oxide in the electrolyte in the intervals between the cycles of feeding alumina to the electrolyte and inter-pole gap control cycles. The cycle time of compressed air or gas is within 1-3 s.

Импульсная подача сжатого газа одновременно в два канала под анод вызывает горизонтальные волны в верхних слоях электролита в направлении от центральной зоны МПЗ, где расположены нижние концы каналов, к периферии. При этом происходит флотация угольных частиц пузырьками газа к кромке анода за пределы МПЗ. A pulsed supply of compressed gas simultaneously into two channels under the anode causes horizontal waves in the upper layers of the electrolyte in the direction from the central zone of the MPZ, where the lower ends of the channels are located, to the periphery. In this case, flotation of coal particles by gas bubbles to the edge of the anode beyond the MPZ occurs.

Периодическая подача сжатого газа в МПЗ независимо от напряжения на электролизере обеспечивает удаление небольших порций угольных частиц, образующихся в процессе электролиза, из МПЗ; их окисление на поверхности электролита кислородом подаваемого воздуха в пространстве борт-анод. The periodic supply of compressed gas to the MPZ, regardless of the voltage on the electrolyzer, removes small portions of coal particles formed during the electrolysis from the MPZ; their oxidation on the surface of the electrolyte with the oxygen of the supplied air in the board-anode space.

Подача сжатого газа независимо от концентрации оксида алюминия в электролите и в промежутках между циклами подачи глинозема в электролит обеспечивает за счет возрастания в 3-4 раза скорости циркуляции электролита при подаче сжатого газа улучшение условий тепломассообмена и повышение концентрации оксида алюминия в МПЗ. Это, наряду с удалением угольных частиц из зоны электролита, приводит к снижению температуры электролита, градиента концентрации оксида алюминия в нем и падения напряжения. Предотвращается возникновение анодного эффекта до следующего цикла принудительной подачи глинозема в расплав тем или иным способом. В результате повышается производительность электролизера, снижается расход электроэнергии, трудозатрат. The supply of compressed gas, regardless of the concentration of alumina in the electrolyte and in the intervals between the cycles of feeding alumina to the electrolyte, provides an increase in the circulation rate of the electrolyte by 3-4 times when the compressed gas is supplied, improving heat and mass transfer conditions and increasing the concentration of alumina in the MPZ. This, along with the removal of coal particles from the electrolyte zone, leads to a decrease in the temperature of the electrolyte, the concentration gradient of aluminum oxide in it, and the voltage drop. The anode effect is prevented until the next cycle of forced feeding of alumina into the melt in one way or another. As a result, the productivity of the electrolyzer increases, the energy consumption, labor costs are reduced.

Подача сжатого газа в МПЗ в промежутках между циклами регулирования средствами АСУТП обеспечивает измерение истинного значения электрического сопротивления МПЗ без влияния угольных частиц и газовых пузырьков подаваемого сжатого газа. Это повышает точность и стабильность поддержания заданного значения МПЗ. Тем самым повышается производительность электролизера. The supply of compressed gas to the MPZ in the intervals between control cycles by means of the control system provides the measurement of the true value of the electric resistance of the MPZ without the influence of coal particles and gas bubbles of the supplied compressed gas. This increases the accuracy and stability of maintaining the specified value of the MPZ. This increases the productivity of the electrolyzer.

Устранение угольной пены и дожиг ее кислородом воздуха снижает частоту качественной обработки электролизера, включающей раскрытие криолито-глиноземной корки и снятие угольной пены. Тем самым снижается количество выбросов вредных газообразных веществ продуктов электролиза в атмосферу корпуса, затраты физического труда. Eliminating coal foam and burning it with atmospheric oxygen reduces the frequency of high-quality treatment of the electrolyzer, including the disclosure of cryolite-alumina crust and the removal of coal foam. This reduces the amount of emissions of harmful gaseous substances from electrolysis products into the atmosphere of the housing, the cost of physical labor.

Время цикла подачи сжатого газа 1-3 с обусловлено соотношением количества образующихся угольных частиц в единицу времени, требуемого объема кислорода воздуха и общего объема подаваемого газа для удаления и дожига угля МПЗ. При большей длительности цикла подачи газа сокращается время эффективного электролиза, возрастает газосодержание в электролите МПЗ, расход сжатого газа. При меньшей длительности цикла не обеспечивается эффективного удаления и дожига угольных частиц. The compressed gas supply cycle time of 1-3 s is due to the ratio of the amount of produced coal particles per unit time, the required amount of oxygen in the air and the total volume of gas supplied to remove and burn coal MPZ. With a longer gas supply cycle, the time of effective electrolysis is reduced, the gas content in the MPZ electrolyte increases, and the consumption of compressed gas increases. At a shorter cycle time, efficient removal and afterburning of coal particles is not provided.

На чертеже дана схема устройства для реализации предлагаемого способа, продольный разрез. The drawing shows a diagram of a device for implementing the proposed method, a longitudinal section.

Устройство содержит два вертикальных канала 1, выполненных посредством запекания стальных труб Ду 50 или формированием труб из глинозема в самообжигающемся аноде 2 алюминиевого электролизера. Каналы 1 расположены в плане анода, условно делят анод 2 и МПЗ по длине на три участка центральный В и торцовые А-С. Нижние концы каналов 1 находятся в расплаве электролита 3, расположенном над уровнем катодного металла 4 в катоде 5. Сжатый газ подводят к каналам 1 через редуктор 6 посредством электромагнитных клапанов 7, подключенных к средствам АСУТП (не показано) через реле времени. The device contains two vertical channels 1 made by baking steel pipes DN 50 or by forming pipes from alumina in a self-burning anode 2 of an aluminum electrolysis cell. Channels 1 are located in the plan of the anode, conditionally divide the anode 2 and the MPZ along the length into three sections central B and end AC. The lower ends of the channels 1 are in the molten electrolyte 3, located above the level of the cathode metal 4 in the cathode 5. Compressed gas is supplied to the channels 1 through a reducer 6 by means of electromagnetic valves 7 connected to the control system (not shown) via a time relay.

Способ реализуют следующим образом. The method is implemented as follows.

На алюминиевом электролизере с самообжигающимся анодом при установившемся электролизе независимо от величины напряжения на электролизере и концентрации оксида алюминия в электролите, посредством АСУТП через реле времени включают одновременно клапаны 7 в импульсном режиме и подают импульсы сжатого газа длительностью 1-3 с по каналам 1 под анод 2 в МПЗ в промежутках между циклами подачи глинозема в расплав и циклами автоматического регулирования МПЗ. Импульсы сжатого газа вызывают горизонтальные волны электролита (показано стрелками на чертеже), движущиеся в направлении от осей МПЗ к его периферии в зонах А, С. Горизонтальные волны в зоне В движутся сначала навстречу друг другу и далее к продольным кромкам анода. On an aluminum electrolyzer with a self-burning anode, with steady state electrolysis, regardless of the voltage on the electrolytic cell and the concentration of aluminum oxide in the electrolyte, by means of an automatic process control system, through the time relay, simultaneously turn on valves 7 in a pulsed mode and supply pulses of compressed gas with a duration of 1-3 s through channels 1 under anode 2 in the MPZ in the intervals between the cycles of feeding alumina into the melt and the cycles of automatic regulation of the MPZ. Pulses of compressed gas cause horizontal waves of electrolyte (shown by arrows in the drawing), moving in the direction from the axes of the MPZ to its periphery in zones A, C. The horizontal waves in zone B move first towards each other and then to the longitudinal edges of the anode.

При этом пузырьками газа угольные частицы флотируются из МПЗ на периферию с последующим их окислением. Улучшается циркуляция электролита, тепломассообмен. In this case, coal particles are flotted by gas bubbles from the MPZ to the periphery with their subsequent oxidation. Electrolyte circulation, heat and mass transfer are improved.

П р и м е р. На 12-ти электролизерах типа С-8Б опытной группы выполняют монтаж устройства реализации способа, выбирают группу из 6 электролизеров свидетелей типа С-8Б и ведут электролиз. Подачу глинозема осуществляют 12-кратной обработкой в сутки через два часа напольно-рельсовой машиной типа МНР-2. Регулирование МПЗ ведут посредством АСУТП типа Алюминий-3А в середине периода между циклами подачи глинозема в электролизеры. PRI me R. On 12 electrolyzers of type S-8B of the experimental group, installation of a device for implementing the method is carried out, a group of 6 electrolyzers of witnesses of type S-8B is selected and electrolysis is carried out. Alumina supply is carried out by 12-fold processing per day in two hours by an open-rail machine of the MPH-2 type. The regulation of the MPZ is carried out by means of an automatic process control system of the Aluminum-3A type in the middle of the period between the cycles of feeding alumina to the electrolysis cells.

На шести электролизерах свидетелях гашение анодных эффектов производят деревянной рейкой (базовый способ). At six witness electrolytic cells, anode effects are suppressed with a wooden strip (basic method).

На первых шести опытных электролизерах осуществляют известный способ предотвращения анодных эффектов подачей сжатого воздуха непрерывно в ламинарном режиме через один канал в аноде непосредственно перед обработкой МНР-2, когда концентрация оксида алюминия близка к критической (прототип). The first six experimental electrolyzers carry out a known method of preventing anode effects by supplying compressed air continuously in a laminar mode through a single channel in the anode immediately before processing MPR-2, when the concentration of aluminum oxide is close to critical (prototype).

На последних шести опытных электролизерах реализуют импульсную подачу сжатого воздуха одновременно по двум каналам (запеченным в анод трубам Ду 50) независимо от величины напряжения на электролизере и концентрации оксида алюминия в электролите в промежутках между циклами подачи глинозема в расплав и циклами регулирования МПЗ, а именно через 0,5 ч после обработки МНР-2, за 0,5 ч перед циклом регулирования МПЗ (по предлагаемому способу). Частота пульсации сжатого воздуха 4 Гц, номинальное давление 1,1х10^-5 Н/м². Время пульсации цикла по предлагаемому способу 1-3 с. Осредненные технико-экономические показатели электролиза в течении 60 сут по всем трем способам отражены в таблице.The last six experimental electrolyzers realize a pulsed supply of compressed air simultaneously through two channels (baked into the anode pipes Du 50), regardless of the voltage on the cell and the concentration of aluminum oxide in the electrolyte in the intervals between the cycles of feeding alumina to the melt and the control cycles of the MPZ, namely, through 0.5 hours after processing MPR-2, 0.5 hours before the control cycle of the MPZ (according to the proposed method). The pulsation frequency of compressed air is 4 Hz, the nominal pressure is 1.1x10 ^-5 N / m ² . The ripple time of the cycle according to the proposed method is 1-3 s. The averaged technical and economic indicators of electrolysis over 60 days for all three methods are shown in the table.

Как следует из полученных результатов, частота возникновения анодных эффектов по предлагаемому способу примерно в 2 раза ниже, съем угольной пены примерно на 27 кг/тАl ниже, чем по прототипу. As follows from the results obtained, the frequency of occurrence of anode effects by the proposed method is about 2 times lower, the removal of coal foam is about 27 kg / tAl lower than by the prototype.

Как следствие производительность электролизеров по предлагаемому способу возрастает примерно на 13 кг Al/сут, а частота качественных обработок снизилась примерно в 1,3 раза. Это эквивалентно снижению выбросов фтористого водорода на 4-5 кг/тAl, трудозатрат примерно на 20%
Таким образом предлагаемый способ снижает частоту анодных эффектов, выбросы вредных веществ, трудозатраты, повышает производительность электролизера.As a result, the productivity of electrolyzers according to the proposed method increases by about 13 kg Al / day, and the frequency of high-quality treatments decreased by about 1.3 times. This is equivalent to a reduction of hydrogen fluoride emissions of 4-5 kg / tAl, labor costs of about 20%
Thus, the proposed method reduces the frequency of anode effects, emissions of harmful substances, labor costs, increases the productivity of the cell.

Claims

1. METHOD FOR PREVENTING ANODE EFFECT AND REMOVING COAL FOAM FROM THE INTER-POLE GAP OF THE ALUMINUM ELECTROLYZER, which includes the periodic supply of compressed air through vertical channels in the self-baking anode at the time of steady-state electrolysis supply, which differs by two, which differ in that regardless of the voltage on the cell and the concentration of alumina in the electrolyte in the intervals between the cycles of feeding alumina into the electrolyte and the cycles of regulation inter polar gap.

2. The method according to claim 1, characterized in that the cycle time of the compressed air supply is within 1-3 s.