RU2359071C2 - Operating procedure of electrolyser for aluminium manufacturing - Google Patents
Operating procedure of electrolyser for aluminium manufacturing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2359071C2 RU2359071C2 RU2007131407/02A RU2007131407A RU2359071C2 RU 2359071 C2 RU2359071 C2 RU 2359071C2 RU 2007131407/02 A RU2007131407/02 A RU 2007131407/02A RU 2007131407 A RU2007131407 A RU 2007131407A RU 2359071 C2 RU2359071 C2 RU 2359071C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrolyte
- alumina
- cryolite
- electrolyzer
- electrolyser
- Prior art date
Links
Landscapes
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к эксплуатации электролизера для получения алюминия с применением кислых электролитов.The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to the operation of an electrolytic cell for producing aluminum using acidic electrolytes.
В настоящее время на алюминиевых заводах России и за рубежом существует тенденция к использованию электролитов с низким криолитовым отношением (КО), что позволяет выйти на высокие технико-экономические показатели электролиза.Currently, there is a tendency in aluminum smelters in Russia and abroad to use electrolytes with a low cryolite ratio (KO), which allows reaching high technical and economic indicators of electrolysis.
Так, в известных патентах США №3852173 «Способ восстановления алюминия» (03.12.74 г., C22d 3/12) и №3951763 «Способ восстановления алюминия» (20.04.76 г., С25С 3/06) предлагаются кислые электролиты с весовым соотношение NaF к AlF3 1,1÷1.So, in well-known US patent No. 3852173 "Method for the reduction of aluminum" (03.12.74, C22d 3/12) and No. 3951763 "Method for the reduction of aluminum" (04.20.76, C25C 3/06) acidic electrolytes with a weight the ratio of NaF to AlF 3 1.1 ÷ 1.
В патенте США №3996117 «Способ производства алюминия» (07.12.76 г., С25С 3/06) также рассматривается состав кислых электролитов, но с весовым соотношением NaF к AlF3 1,04-1,15 с добавлением к электролиту от 5 до 10 вес.% LiF.US Pat. No. 3,996,117, “Method for the Production of Aluminum” (12/07/76, C25C 3/06) also discusses the composition of acidic electrolytes, but with a weight ratio of NaF to AlF 3 of 1.04-1.15 with the addition of 5 to 5 to the electrolyte 10 wt.% LiF.
Для электролизеров с инертными анодами в патенте США №5415742 «Процесс и аппарат для низкотемпературного электролиза оксида» предлагается электролит, обеспечивающий работу в интервале температур 685-900°С и содержащий 36 вес.% NaFFor electrolyzers with inert anodes, US Pat. No. 5,415,742, “Process and Apparatus for Low-Temperature Electrolysis of Oxide”, proposes an electrolyte capable of operating in the temperature range of 685-900 ° C. and containing 36 wt.% NaF
и 64 вес.% AlF3.and 64 wt.% AlF 3 .
Снижение КО сопровождается снижением температуры электролита и меньшей концентрацией растворенного в электролите алюминия. И тот, и другой фактор, а также добавки фторидов, таких как CaF2, приводят к снижению скорости растворения глинозема в электролите, что усложняет технологию электролиза. Первым требованием, предъявляемым к таким электролитам, является приемлемая для производства растворимость глинозема (не менее 4 мас.%) и скорость его растворения (не менее 0,04 моль/м3с). («Алюминий Сибири - 2006», стр.46. Крюковский В.А. «Исследование физико-химических свойств калиевого криолита как основного компонента электролита для получения алюминия»).A decrease in KO is accompanied by a decrease in the temperature of the electrolyte and a lower concentration of aluminum dissolved in the electrolyte. Both the one and the other factor, as well as the addition of fluorides, such as CaF 2 , lead to a decrease in the rate of dissolution of alumina in the electrolyte, which complicates the electrolysis technology. The first requirement for such electrolytes is the alumina solubility acceptable for production (at least 4 wt.%) And its dissolution rate (at least 0.04 mol / m 3 s). (“Aluminum of Siberia - 2006”, p. 46. VA Kryukovsky, “Study of the physicochemical properties of potassium cryolite as the main component of an electrolyte for producing aluminum”).
В статье Пузанова И.И. и др. «Измерения перегрева электролита на ОАО «САЗ» для разработки методики управления тепловым режимом электролизера» («Алюминий Сибири - 2005», стр.52) указано, что «Дальнейшие работы по снижению криолитового отношения показали, что существующий уровень ведения технологии электролиза (при прочих равных условиях), при криолитовом отношении 2,3 и менее, не обеспечивает оптимальный тепловой баланс».In the article by Puzanov I.I. et al. “Measurements of electrolyte overheating at OJSC“ SAZ ”for the development of a method for controlling the thermal regime of an electrolyzer” (“Aluminum of Siberia - 2005”, p. 52) indicated that “Further work to reduce the cryolite ratio showed that the current level of electrolysis technology (ceteris paribus), with a cryolite ratio of 2.3 or less, does not provide the optimal heat balance. "
Возможность эффективной работы с КО на уровне или ниже 2,3 обеспечивается пуском электролизера и особенностями первого года его эксплуатации. Оба указанные периода эксплуатации электролизера должны протекать под жестким контролем технологических параметров, предусмотренных технологическим регламентом (технологической инструкцией).The ability to work effectively with CO at or below 2.3 is ensured by the start-up of the electrolyzer and the features of the first year of its operation. Both of these periods of operation of the electrolyzer should proceed under strict control of the technological parameters provided for by the technological regulations (technological instructions).
Известен «Способ эксплуатации алюминиевых электролизеров» по патенту РФ №2104334 (С25С 3/06 от 21.03.1996 г.). Согласно данному патенту контрольными регулируемыми параметрами электролиза являются:The well-known "Method of operating aluminum electrolytic cells" according to the patent of the Russian Federation No. 2104334 (C25C 3/06 of 03/21/1996). According to this patent, the control adjustable electrolysis parameters are:
- криолитовое отношение (молекулярное отношение NaF/AlF3), отн.ед.;- cryolite ratio (molecular ratio NaF / AlF 3 ), rel.
- содержание в электролите фтористого кальция, %;- the content in the electrolyte of calcium fluoride,%;
- среднее напряжение электролизера, В;- average cell voltage, V;
- высота слоя катодного алюминия, см.- the height of the cathode aluminum layer, see
Для контроля и последующей корректировки контролируемых параметров процесса электролиза предложен ряд эмпирических формул, включающих поправочные коэффициенты, определенные экспериментальным путем.For the control and subsequent adjustment of the controlled parameters of the electrolysis process, a number of empirical formulas are proposed, including correction coefficients determined experimentally.
Данное техническое решение выбрано за прототип (ближайший аналог), как наиболее близкое по технической сущности и наличию сходных признаков.This technical solution was chosen for the prototype (the closest analogue), as the closest in technical essence and the presence of similar features.
Способ по прототипу касается эксплуатации электролизера после выхода на оптимальный целевой технологический режим и направлен на стабилизацию в заявленных пределах основных контролируемых показателей. Способ эксплуатации электролизера по прототипу предполагает, что целевой технологический режим устанавливается по окончании послепускового периода, а далее ведение процесса электролиза предусматривает лишь корректирующие действия для стабилизации этого режима.The prototype method relates to the operation of the electrolyzer after reaching the optimal target technological mode and is aimed at stabilization within the stated limits of the main controlled indicators. The method of operation of the electrolyzer according to the prototype assumes that the target technological mode is established at the end of the post-launch period, and then the conduct of the electrolysis process involves only corrective actions to stabilize this mode.
Такое ведение процесса не позволяет реализовать электролиз на «кислых» электролитах с КО на уровне или ниже 2,3. Выход на низкие показатели КО должен быть постепенным, как указано в статье Васютина С.А. и др. «Исследование и разработка оптимального графика подъема металла в первый год эксплуатации электролизера» («Алюминий Сибири - 2005», стр.22).Such process management does not allow electrolysis to be realized on “acidic” electrolytes with KO at or below 2.3. Reaching low CO indicators should be gradual, as indicated in the article by Vasyutin S.A. and others. "Research and development of an optimal schedule for lifting metal in the first year of operation of the electrolyzer" ("Aluminum of Siberia - 2005", p.22).
Также существенным недостатком прототипа является отсутствие контроля перегрева электролита. Известно, что для достижения высокой производительности электролизера и снижения расхода электроэнергии необходимо использовать в управлении теплоэнергетическим балансом электролизера не только традиционный анализ состава электролита на криолитовое отношение (КО) и корректирующие добавки, например CaF3, но и измерения температуры электролита и температуры ликвидуса. Перегрев электролита (разность рабочей температуры электролита и температуры ликвидуса) влияет на состояние настыли и гарнисажа, условия растворимости глинозема.Also a significant disadvantage of the prototype is the lack of control of overheating of the electrolyte. It is known that in order to achieve high electrolytic cell productivity and reduce electric power consumption, it is necessary to use not only the traditional analysis of the electrolyte composition for cryolite ratio (KO) and corrective additives, for example CaF 3 , but also measurements of electrolyte temperature and liquidus temperature in controlling the heat and energy balance of the electrolyzer. Overheating of the electrolyte (the difference between the working temperature of the electrolyte and the liquidus temperature) affects the condition of the crust and the skull, the solubility conditions of alumina.
Задачей предлагаемого решения является повышение технико-экономических показателей работы электролизеров для производства алюминия.The objective of the proposed solution is to increase the technical and economic performance indicators of electrolytic cells for aluminum production.
Технический результат - реализация электролиза алюминия в кислых электролитах с КО на уровне или менее 2,3 отн.ед. с достижением высоких технико-экономических показателей на любом типе электролизеров с анодной плотностью тока 0,7÷0,9 кА.The technical result is the implementation of aluminum electrolysis in acidic electrolytes with KO at the level of or less than 2.3 relative units with the achievement of high technical and economic indicators on any type of electrolytic cell with an anode current density of 0.7 ÷ 0.9 kA.
Технический результат достигается тем, что в способе эксплуатации электролизера для производства алюминия из криолит-глиноземного расплава, включающем подачу глинозема на корку электролита или малыми дозами под корку электролита, определение состава электролита, включая криолитовое отношение, определяемое как молекулярное отношение NaF/AlF3, и содержание фторида кальция, корректировку электролита в заданном интервале, с момента пуска электролизера производят постепенное изменение состава электролита с понижением «криолитового отношения» до целевого значения, равного 2,15±0,15 отн.ед., при этом одновременно в электролите повышают содержание фторида кальция до значения не более 8,5 мас.%, а перегрев электролита, определяемый как разница между фактической температурой электролита и соответствующей температурой ликвидуса, поддерживают в пределах 13-22°С для электролизера с подачей глинозема на корку электролита, а для электролизера с подачей глинозема малыми дозами под корку электролита - в пределах 7-15°С, причем эксплуатацию электролизера осуществляют при анодной плотности тока 0,7÷0,9 А/см2.The technical result is achieved by the fact that in the method of operation of the electrolyzer for the production of aluminum from cryolite-alumina melt, including feeding alumina to the electrolyte crust or in small doses under the electrolyte crust, determining the electrolyte composition, including the cryolite ratio, defined as the molecular ratio NaF / AlF 3 , and the content of calcium fluoride, the correction of the electrolyte in a given interval, from the moment the electrolyzer is started, a gradual change in the composition of the electrolyte with a decrease in the "cryolite ratio "to the target value of 2.15 ± 0.15 rel. units, while simultaneously increasing the content of calcium fluoride in the electrolyte to a value of not more than 8.5 wt.%, and the electrolyte overheating, defined as the difference between the actual temperature of the electrolyte and the corresponding liquidus temperature, support within 13-22 ° C for an electrolyzer with alumina feeding to the electrolyte crust, and for an electrolyzer with small doses of alumina feeding under the electrolyte crust, within 7-15 ° C, and operation of the electrolyzer is carried out at anode density current 0.7 ÷ 0.9 A / cm 2 .
Формула изобретения включает два самостоятельных пункта в силу наличия особенностей электролиза при разном способе питания электролизера глиноземом и корректирующими добавками, конкретно: питание через системы АПГ (автоматическая подача глинозема) малыми дозами под корку электролита или питание на корку электролита по потоку.The claims include two independent points due to the presence of electrolysis features with a different method of supplying the electrolyzer with alumina and corrective additives, specifically: feeding through the APG systems (automatic feeding of alumina) in small doses under the electrolyte crust or flow to the electrolyte crust.
Техническая сущность предлагаемого способа заключается в следующем.The technical essence of the proposed method is as follows.
Интерес к низкотемпературным («кислым») ваннам для электролиза глинозема связан с их безусловными преимуществами, главным из которых является возможность выхода на высокие технико-экономические показатели электролиза, например выход по току приближается к максимально возможному значению. Так, в патенте РФ №2234558 «Способ ведения электролиза в алюминиевых электролизерах с обожженными анодами» (С25С 3/06, от 19.02.2003 г.) приведен показатель выхода по току 94,9% при KO=2,3, силе тока 85кА, напряжении 4,3 В, анодной плотности тока 0,85 А/см2, температуре электролита 950°С, уровне электролита 20 см, уровне металла 9 см.The interest in low-temperature (“acidic”) baths for the electrolysis of alumina is associated with their unconditional advantages, the main one being the ability to reach high technical and economic indicators of electrolysis, for example, the current efficiency approaches the maximum possible value. So, in RF patent No. 2234558 “Method for conducting electrolysis in aluminum electrolytic cells with calcined anodes” (С25С 3/06, dated February 19, 2003), the current efficiency index is 94.9% at KO = 2.3, the current strength is 85 kA , voltage 4.3 V, anodic current density 0.85 A / cm 2 , electrolyte temperature 950 ° C, electrolyte level 20 cm, metal level 9 cm.
Но вместе с тем кислые электролиты имеют ряд существенных недостатков, в том числе снижение растворимости глинозема и скорости его растворения, а также работа с ними требует более точного управления тепловым балансом электролизера. Слишком высокий перегрев создает угрозу расплавления настыли, повреждения бортовых блоков, а также сопровождается повышенным расходом энергии. Низкий перегрев не обеспечит приемлемого растворения глинозема.But at the same time, acidic electrolytes have a number of significant drawbacks, including a decrease in the solubility of alumina and its dissolution rate, as well as working with them requires more precise control of the heat balance of the electrolyzer. Too high an overheating creates a threat of melting of the accretion, damage to the airborne units, and is also accompanied by increased energy consumption. Low overheating will not provide acceptable alumina dissolution.
Согласно данным работы Михалева Ю.Г. и др. «Влияние криолитового отношения, перегрева электролита и добавок фторида калия на скорость растворения глинозема» («Алюминий Сибири-2005», Сборник докладов XI Международной конференции под редакцией П.В.Полякова), а также данным зарубежных специалистов, скорость растворения глинозема прямо пропорциональна росту перегрева электролита только до 15°С. При более высоких перегревах рост скорости растворения незначителен. Это связано с тем, что при высоких перегревах и высокой температуре электролита истинное значение КО увеличивается вследствие увеличения летучести фторида алюминия. Повышение КО вызывает повышение температуры ликвидуса, а следовательно, снижение перегрева электролита. Для достижения максимальных значений выхода по току работа с высоким перегревом нецелесообразна. Поэтому для достижения высоких показателей электролиза необходимо жестко выдерживать заданный перегрев электролита в достаточно узких заданных пределах. Особенно это важно при работе на низком КО.According to the work of Mikhalev Yu.G. et al. “The influence of cryolite ratio, electrolyte overheating and potassium fluoride additives on the dissolution rate of alumina” (“Aluminum of Siberia 2005”, Collection of reports of the XI International conference edited by P.V. Polyakov), as well as data from foreign experts, the dissolution rate of alumina directly proportional to the increase in electrolyte overheating only up to 15 ° C. At higher superheats, the increase in the dissolution rate is negligible. This is due to the fact that at high overheating and high electrolyte temperature, the true value of KO increases due to an increase in the volatility of aluminum fluoride. An increase in KO causes an increase in the temperature of the liquidus, and therefore, a decrease in the electrolyte overheating. To achieve maximum current output values, work with high overheating is impractical. Therefore, to achieve high electrolysis rates, it is necessary to strictly maintain the specified electrolyte overheating in a fairly narrow predetermined range. This is especially important when working at low KO.
При существующей технологии электролиза в криолит-глиноземном расплаве в период пуска электролизера и в послепусковой период необходимо, во-первых, обеспечить приход достаточного количества тепла, а, во-вторых, создать более тугоплавкие настыли и гарнисаж, чтобы в процессе дальнейшей эксплуатации электролизера обеспечить устойчивую форму рабочего пространства. В связи с этим осуществлять пуск на кислых электролитах с KO<2,7÷2,5 нецелесообразно. При этом выход на целевой электролит с КО=2,15±0,15 отн.ед. должен осуществляться плавно, желательно с одним и тем же шагом, например 0,05 отн.ед. Причем практика показала, что скорость снижения КО в начальный период (~до 2,4 отн.ед.) может быть значительно выше, чем в последующем.With the existing electrolysis technology in the cryolite-alumina melt during the start-up of the cell and in the post-start-up period, it is necessary, firstly, to ensure that sufficient heat arrives, and, secondly, to create more refractory nastily and skull in order to ensure a stable workspace form. In this regard, to start on acidic electrolytes with KO <2.7 ÷ 2.5 is impractical. In this case, the yield on the target electrolyte with KO = 2.15 ± 0.15 rel. should be carried out smoothly, preferably with the same step, for example, 0.05 rel. Moreover, practice has shown that the rate of decrease in CO in the initial period (~ to 2.4 rel.units) can be significantly higher than in the subsequent one.
Поэтапное снижение КО осуществляют до выхода на целевое значение КО. Исследовательские работы, проводимые авторами предлагаемого технического решения на промышленных электролизерах, показали, что выход по току, превышающий 90%, можно получить при КО=2,15±0,15. При снижении КО ниже 2 отн.ед наблюдалось общее расстройство технологии, что подтверждается зарубежными данными. Так, в упомянутом выше патенте США №5415742 указано, что «…попытки применения солевого электролита при более низких температурах путем использования весовых отношений электролита ниже обычного отношения NaF:AlF3=1,1:1 были остановлены образованием корки застывшего электролита над расплавленным алюминием в ходе электролиза. Эта корка сильно увеличивает сопротивление катода, снижает соединение металла и вызывает осаждение натрия, который, в свою очередь, снижает выход по току. При таких условиях электролизер не может использоваться эффективно».A phased reduction of QoS is carried out before reaching the target value of QoS. The research work carried out by the authors of the proposed technical solution on industrial electrolyzers showed that a current output of more than 90% can be obtained at KO = 2.15 ± 0.15. With a decrease in KO below 2 rel.ed, a general breakdown of technology was observed, which is confirmed by foreign data. So, in the aforementioned US patent No. 5415742 it is stated that “... attempts to use a salt electrolyte at lower temperatures by using weight ratios of the electrolyte below the usual ratio NaF: AlF 3 = 1.1: 1 were stopped by the formation of a crust of solidified electrolyte over molten aluminum in electrolysis. This crust greatly increases the resistance of the cathode, reduces the connection of the metal and causes the precipitation of sodium, which, in turn, reduces the current efficiency. Under such conditions, the cell cannot be used effectively. ”
При работе на кислых электролитах необходим жесткий контроль теплового баланса электролита. В условиях поэтапного снижения КО температура ликвидуса электролита, зависящая от состава электролита, снижается. В связи с чем для выхода на стабильно высокие показатели электролиза в условиях планомерного снижения КО необходимо управлять тепловым балансом электролита через стабилизацию перегрева в заданных технологически обоснованных пределах. В условиях устойчивого перегрева обеспечивается оптимальная растворимость глинозема и скорость его растворения. Практика показала, что устанавливаемые пределы перегрева должны изменяться в зависимости от конструкции электролизера, срока его эксплуатации, сырья, а также способа подачи в электролизер глинозема и корректирующих добавок.When working on acidic electrolytes, tight control of the heat balance of the electrolyte is necessary. In the context of a gradual decrease in KO, the electrolyte liquidus temperature, which depends on the electrolyte composition, decreases. In this connection, in order to achieve stable high electrolysis rates in the context of a planned decrease in KO, it is necessary to control the heat balance of the electrolyte through stabilization of overheating within the specified technologically feasible limits. Under conditions of sustained overheating, the optimum solubility of alumina and its dissolution rate are ensured. Practice has shown that the set limits of overheating should vary depending on the design of the electrolyzer, the period of its operation, raw materials, as well as the method of supplying alumina and corrective additives to the electrolyzer.
На электролизерах, оснащенных системами АПГ, подача сырья осуществляется малыми дозами, поэтому уровень перегрева может быть снижен до 15°С, как указано выше. Нижний заявляемый предел перегрева в 7°С обусловлен минимумом притока тепла, обеспечивающего нормальный ход процесса электролиза.On electrolyzers equipped with APG systems, the feed of raw materials is carried out in small doses, so the level of overheating can be reduced to 15 ° C, as indicated above. The lower claimed limit of overheating at 7 ° C is due to a minimum of heat influx, ensuring the normal course of the electrolysis process.
В случае поточной обработки электролизеров перегрев электролита необходимо увеличивать для компенсации потерь тепла для прогрева залповой дозы сырья. Практически определено, что оптимальный интервал перегрева составляет 13-22°С.In the case of continuous processing of electrolyzers, the superheat of the electrolyte must be increased to compensate for heat loss for heating a volley dose of raw materials. It is practically determined that the optimal overheating interval is 13-22 ° C.
Граничные значения указанных выше интервалов перегрева обосновываются следующим: перегрев выше верхнего предела не позволит выйти на высокие показатели выхода по току в связи с увеличением непроизводительных потерь тепла, а перегрев ниже нижнего предела может привести к расстройству технологии в целом.The boundary values of the above-mentioned overheating intervals are justified by the following: overheating above the upper limit will not allow reaching high current efficiency indicators due to an increase in unproductive heat losses, and overheating below the lower limit can lead to a breakdown of the technology as a whole.
С понижением температуры электролита его электропроводность снижается. Для компенсации данного снижения предлагается увеличивать в электролите содержание CaF2. А.И.Беляев в «Электрометаллургии алюминия» (Москва, 1953 г.) указывает, что электропроводность расплава электролита проходит через максимум, отвечающий 10 мас.% CaF2. Дальнейшее повышение содержания фторида кальция нецелесообразно также в связи с повышением плотности расплава и сближением с плотностью металла. Там же А.И.Беляев отмечает, что CaF2 является поверхностно-неактивным соединением, то есть повышает поверхностное натяжение криолитового расплава на границе с углем, уменьшая вероятность впитывания этого расплава в углеродистую футеровку ванны. Это подтверждается практикой: замечено - электролиты пускаемых ванн, содержащие CaF2, не становятся столь «кислыми» (то есть имеют меньший избыток AlF2), чем электролиты ванн, пуск которых ведется без добавок CaF2. Это объясняется уменьшением впитывания NaF в угольную подину. В связи с этим авторы предлагают осуществлять повышение содержания фторида кальция постепенно, начиная с минимально допустимых содержаний, обусловленных особенностями пуска электролизера, но не более чем до 8,5%.With decreasing temperature of the electrolyte, its electrical conductivity decreases. To compensate for this decrease, it is proposed to increase the CaF 2 content in the electrolyte. A.I. Belyaev in "Electrometallurgy of Aluminum" (Moscow, 1953) indicates that the electrical conductivity of the molten electrolyte passes through a maximum corresponding to 10 wt.% CaF 2 . A further increase in the content of calcium fluoride is also impractical due to an increase in the density of the melt and the convergence with the density of the metal. In the same place, A.I. Belyaev notes that CaF 2 is a surface-inactive compound, that is, it increases the surface tension of the cryolite melt at the coal boundary, reducing the likelihood of this melt being absorbed into the carbon lining of the bath. This is confirmed by practice: it is noted that the electrolytes of starting baths containing CaF 2 do not become so "acidic" (that is, they have a smaller excess of AlF 2 ) than the electrolytes of baths that are started without CaF 2 additives. This is due to a decrease in the absorption of NaF into the coal bottom. In this regard, the authors propose to increase the content of calcium fluoride gradually, starting from the minimum allowable contents, due to the features of the start-up of the electrolyzer, but not more than 8.5%.
Известно, что для повышения наработки металла целесообразно вести процесс электролиза при повышенных плотностях тока. Известно, что в настоящее время ряд зарубежных фирм ведут электролиз при анодной плотности тока более 1 А/см2. При работе на кислых электролитах авторы определили оптимальный интервал анодной плотности тока 0,7-0,9 А/см2.It is known that in order to increase the metal production time, it is advisable to conduct the electrolysis process at elevated current densities. It is known that at present a number of foreign companies conduct electrolysis at an anode current density of more than 1 A / cm 2 . When working on acidic electrolytes, the authors determined the optimal interval of the anode current density of 0.7-0.9 A / cm 2 .
Сравнение предлагаемого способа эксплуатации электролизера для производства алюминия из криолит-глиноземного расплава с ближайшим аналогом (прототипом) выявило наличие ряда сходных признаков:Comparison of the proposed method of operation of the electrolyzer for the production of aluminum from cryolite-alumina melt with the closest analogue (prototype) revealed the presence of a number of similar signs:
- оба способа направлены на оптимизацию процесса электролиза путем стабилизации контролируемых технологических параметров в заданных оптимальных пределах;- both methods are aimed at optimizing the electrolysis process by stabilizing the controlled process parameters in predetermined optimal limits;
- оба способа реализуются в криолит-глиноземном расплаве;- both methods are implemented in cryolite-alumina melt;
- в обоих способах используют корректирующие добавки;- in both methods use corrective additives;
- в обоих способах осуществляют систематическое определение состава электролита, включая криолитовое отношение, определяемое как молекулярное отношение NaF/AlF3, и содержание фторида кальция.- in both methods carry out a systematic determination of the composition of the electrolyte, including the cryolite ratio, defined as the molecular ratio of NaF / AlF 3 , and the content of calcium fluoride.
Вместе с тем предлагаемый способ характеризуется следующими отличными от ближайшего аналога признаками:However, the proposed method is characterized by the following distinct from the closest analogue features:
- пуск электролизера осуществляют на электролите с криолитовым отношением выше, чем у целевого электролита, то есть выше 2,15±0,15 отн.ед.;- starting the electrolyzer is carried out on an electrolyte with a cryolite ratio higher than that of the target electrolyte, that is, higher than 2.15 ± 0.15 relative units;
- состав электролита изменяют с целью снижения КО;- the composition of the electrolyte is changed in order to reduce KO;
- снижение КО осуществляют постепенно до целевого значения, равного 2,15±0,15 отн.ед.;- reduction of KO is carried out gradually to the target value of 2.15 ± 0.15 rel.ed .;
- содержание CaF2 повышают постепенно до значения не более 8,5%;- the content of CaF 2 is gradually increased to a value of not more than 8.5%;
- контролируют перегрев электролита;- control the overheating of the electrolyte;
- в электролизерах с системами АПГ поддерживают перегрев в пределах 7-15°С;- in electrolyzers with APG systems, overheating is maintained within 7-15 ° C;
- в электролизерах с поточной обработкой поддерживают перегрев в пределах 13-22°С;- in electrolyzers with continuous processing support overheating in the range of 13-22 ° C;
- эксплуатацию электролизера осуществляют при анодной плотности тока 0,7-0,9 А/см2.- operation of the electrolyzer is carried out at an anode current density of 0.7-0.9 A / cm 2 .
Предлагаемое техническое решение характеризуется признаками, как сходными с признаками ближайшего аналога, так и отличительными признаками, что позволяет сделать вывод о его соответствии условию патентоспособности «новизна».The proposed technical solution is characterized by features that are similar to those of the closest analogue, and distinctive features, which allows us to conclude that it meets the patentability condition of "novelty."
Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с известными решениями в данной области техники, выявленные в процессе поиска по патентной и научно-технической литературе, выявил следующее:A comparative analysis of the proposed technical solutions with known solutions in this technical field, identified in the search process in patent and scientific literature, revealed the following:
1. Ведение электролиза согласно технологическому регламенту, предусматривающему изменение контрольных параметров электролиза в течение года с момента пуска до выхода на целевые контролируемые параметры, известно, например, из статьи С.А.Васютина и др. «Исследование и разработка оптимального графика подъема металла в первый год эксплуатации электролизера» («Алюминий Сибири-2005», Сборник докладов XI Международной конференции под редакцией П.В.Полякова). В статье указывается снижение КО с 2,7 до 2,4 плавно в течение года с момента пуска, что, по мнению авторов статьи, обеспечивает лучшую пропитку подины натрием, создание более тугоплавких настылей, что позволяет сформировать и поддерживать в дальнейшем правильную форму рабочего пространства. Температура электролита также снижается плавно в течение года с 970°С до 955°С. Причем достигнутые показатели КО и температуры электролита авторы считают минимально возможными для электролизеров типа С-8БМ с анодами Содерберга.1. Conducting electrolysis in accordance with the technological regulations, providing for a change in the control parameters of electrolysis during the year from the start up to reaching the target controlled parameters, it is known, for example, from the article by S. A. Vasyutin et al. year of operation of the electrolyzer ”(“ Aluminum of Siberia-2005 ”, Collection of reports of the XI International Conference edited by P.V. Polyakov). The article indicates a reduction in KO from 2.7 to 2.4 smoothly during the year from the start, which, according to the authors of the article, provides better impregnation of the hearth with sodium, the creation of more refractory nastily, which allows you to form and maintain the correct shape of the workspace . The electrolyte temperature also decreases smoothly throughout the year from 970 ° C to 955 ° C. Moreover, the authors consider the achieved KO and electrolyte temperatures to be the minimum possible for S-8BM electrolyzers with Soderberg anodes.
В предлагаемом решении для этого же типа электролизеров предусматривается, во-первых, снижение КО до более низкого значения 2,15±0,15, во-вторых, контроль процесса электролиза осуществляется не по температуре электролита, а по температуре его перегрева.In the proposed solution for the same type of electrolyzers, it is provided, firstly, to reduce the KO to a lower value of 2.15 ± 0.15, and secondly, the electrolysis process is controlled not by the temperature of the electrolyte, but by the temperature of its overheating.
2. Ведение электролиза при КО на уровне или ниже 2,3 известно из аналогов, приведенных в соответствующем разделе описания, а также из патента РФ №2234558 «Способ ведения электролиза в алюминиевых электролизерах с обожженными анодами» (патентообладатель ОАО «НАЗ»), согласно которому КО поддерживают в пределах 2,2-2,3.2. The conduct of electrolysis at KO at or below 2.3 is known from the analogs given in the corresponding section of the description, as well as from RF patent No. 2234558 “Method for conducting electrolysis in aluminum electrolyzers with calcined anodes” (patent holder of OJSC NAZ), according to which KO support in the range of 2.2-2.3.
Согласно статье Михалева Ю.Г. «Анодное перенапряжение в кислых электролитах алюминиевых электролизеров» («Алюминий Сибири-2006», Сборник докладов XI Международной конференции под редакцией П.В.Полякова), процесс электролиза в лабораторных условиях осуществлялся при КО=2,1-2,2 отн.ед. Но промышленный выход на данное КО не достигнут, в отличие от предлагаемого решения.According to an article by Mikhalev Yu.G. “Anode overvoltage in acidic electrolytes of aluminum electrolysis cells” (“Aluminum of Siberia-2006”, Collection of reports of the XI International conference edited by P.V. Polyakov), the electrolysis process in the laboratory was carried out at KO = 2.1-2.2 rel. . But the industrial output for this KO has not been achieved, in contrast to the proposed solution.
Также использование различных низкотемпературных электролитов в комбинации с различными решениями в части анода известны из патента США №5415742 «Процесс и аппарат для низкотемпературного электролиза оксидов»: «Предпочтительные солевые электролиты, использованные в связи с данным изобретением, включают по крайней мере один фторид щелочного металла, отличный от LiF (например, NaF), и по крайней мере один дополнительный фторид металла типа фторида алюминия, фторида кальция, фторида магния или фторида другого металла. Низкотемпературные солевые электролиты используются при температурах предпочтительно ниже 900°С, наиболее предпочтительно в пределах от 685°С до 850°С в случае производства алюминия. В предпочтительном варианте изобретения солевой электролит содержит NaF и AlF3, предпочтительно - 30-60 мол.% NaF и более предпочтительно содержит молярное отношение NaF:AlF3 примерно от 1:2 до 1:3. В одном из наиболее предпочтительных вариантов изобретения солевой электролит содержит смесь NaF и AlF3 в весовом соотношении примерно 0,5-1,2 (КО 1-2,4) NaF:AlF3. В одном из наиболее предпочтительных вариантов изобретения солевой электролит содержит примерно 36 вес.% NaF и примерно 64 вес.% AlF3. В одном из наиболее предпочтительных вариантов изобретения этот солевой электролит используется без каких-либо других добавок в весовом соотношении 36%/64%, которое соответствует эвтектическому составу расплава NaF/AlF3. Эвтектическая смесь имеет точку плавления примерно 695°С».Also, the use of various low-temperature electrolytes in combination with various solutions regarding the anode is known from US Pat. No. 5,415,742, “Process and Apparatus for Low-Temperature Electrolysis of Oxides”: “Preferred salt electrolytes used in connection with this invention include at least one alkali metal fluoride, different from LiF (for example, NaF), and at least one additional metal fluoride such as aluminum fluoride, calcium fluoride, magnesium fluoride or another metal fluoride. Low temperature salt electrolytes are used at temperatures preferably below 900 ° C, most preferably in the range from 685 ° C to 850 ° C in the case of aluminum production. In a preferred embodiment, the salt electrolyte contains NaF and AlF 3 , preferably 30-60 mol% NaF, and more preferably contains a molar ratio of NaF: AlF 3 of about 1: 2 to 1: 3. In one of the most preferred embodiments of the invention, the salt electrolyte contains a mixture of NaF and AlF 3 in a weight ratio of about 0.5-1.2 (KO 1-2.4) NaF: AlF 3 . In one of the most preferred embodiments of the invention, the salt electrolyte contains about 36 wt.% NaF and about 64 wt.% AlF 3 . In one of the most preferred embodiments of the invention, this salt electrolyte is used without any other additives in a weight ratio of 36% / 64%, which corresponds to the eutectic composition of the NaF / AlF 3 melt. The eutectic mixture has a melting point of about 695 ° C. "
Из патента США №5114545 «Химический состав электролита для улучшения характеристик современных промышленных электролизеров для восстановления глинозема» известно, что предпочтение отдается кислым электролитам с весовым соотношением NaF к AlF3 меньше 1 (КО меньше 2).From US patent No. 5114545 "The chemical composition of the electrolyte to improve the characteristics of modern industrial electrolyzers for the reduction of alumina" it is known that preference is given to acidic electrolytes with a weight ratio of NaF to AlF 3 less than 1 (KO less than 2).
3. Согласно статье Михалева Ю.Г. «Анодное перенапряжение в кислых электролитах алюминиевых электролизеров» («Алюминий Сибири-2006», Сборник докладов XI Международной конференции под редакцией П.В.Полякова), эксперименты проводились при постоянном перегреве 15°С. Но промышленного выхода на перегрев в 15°С нет.3. According to an article by Mikhalev Yu.G. “Anode overvoltage in acidic electrolytes of aluminum electrolysis cells” (“Aluminum of Siberia-2006”, Collection of reports of the XI International conference edited by P.V. Polyakov), experiments were carried out with a constant overheating of 15 ° С. But there is no industrial outlet for overheating at 15 ° C.
4. Применение показателя перегрева электролита как наиболее объективного показателя в управлении тепловым балансом электролизера известно, например, из статьи Torsten Rieck и др. «Увеличение выхода по току и уменьшение расхода энергии на заводе TRIMET в Эссене за счет использования управления на основе девятиразмерной матричной таблицы» («Light metals», 2003 г.). А также из статьи А.М.Надточего, Л.В.Рагозина и др. «Управление электролизером посредством регулирования теплового баланса» (Материалы научно-практической конференции ОАО «СУАЛ», филиал «ИркА3-СУАЛ», 2004 г.)4. The use of the indicator of electrolyte overheating as the most objective indicator in controlling the heat balance of an electrolyzer is known, for example, from an article by Torsten Rieck et al. “Increasing current efficiency and reducing energy consumption at the TRIMET plant in Essen by using controls based on a nine-dimensional matrix table” ("Light metals", 2003). And also from the article by A. M. Nadtochy, L. V. Ragozin and others. “Control of the electrolyzer by regulating the heat balance” (Materials of the scientific-practical conference of OJSC “SUAL”, branch of “IrkA3-SUAL, 2004)
Сравнительный анализ предлагаемого решения с решениями в данной области показывает наличие новой совокупности количественных показателей процесса электролиза, включая КО, перегрев и содержание корректирующего CaF2, что обеспечивает нормальный ход процесса электролиза в промышленных условиях с достижением высоких технико-экономических показателей при использовании кислых электролитов с криолитовым отношением 2-2,3. Учитывая вышеизложенное, можно сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения условию патентоспособности «изобретательский уровень».A comparative analysis of the proposed solution with solutions in this area shows the presence of a new set of quantitative indicators of the electrolysis process, including CO, overheating and the content of corrective CaF 2 , which ensures the normal course of the electrolysis process in industrial conditions with the achievement of high technical and economic indicators when using acidic electrolytes with cryolite the ratio of 2-2.3. Given the foregoing, we can conclude that the proposed technical solution meets the condition of patentability "inventive step".
Соответствие условию патентоспособности «промышленная применимость» доказывается тем, что авторы осуществляли эксперименты на промышленных электролизерах ВгАЗа. По результатам эксперимента была разработана «Технологическая инструкция», позволяющая реализовать предлагаемый способ эксплуатации электролизера.Compliance with the patentability condition “industrial applicability” is proved by the fact that the authors carried out experiments on industrial electrolyzers of VgAZ. According to the results of the experiment, a "Technological Instruction" was developed, which allows to implement the proposed method of operation of the electrolyzer.
Пример реализации способа по предлагаемому решению применительно к электролизерам С8БМ:An example of the implementation of the method according to the proposed solution in relation to S8BM electrolyzers:
1. Криолитовое отношение на электролизерах со сроком службы более 14 месяцев - 2,18±0,05.1. The cryolite ratio in electrolyzers with a service life of more than 14 months is 2.18 ± 0.05.
2. На электролизерах со сроком службы менее 14 месяцев Криолитовое отношение выдерживается в соответствии с прилагаемым графиком:2. On electrolyzers with a service life of less than 14 months, the cryolite ratio is maintained in accordance with the attached schedule:
3. Содержание фтористого кальция на электролизерах со сроком службы более 12 месяцев - 8,2÷8,4%.3. The content of calcium fluoride in electrolyzers with a service life of more than 12 months is 8.2 ÷ 8.4%.
4. На электролизерах со сроком службы менее 12 месяцев содержание фтористого кальция выдерживается в соответствии с прилагаемым графиком:4. On electrolyzers with a service life of less than 12 months, the content of calcium fluoride is maintained in accordance with the attached schedule:
5. Рабочая температура электролита 950±7°С.5. The working temperature of the electrolyte is 950 ± 7 ° C.
6. Температура перегрева электролита для ванн с обработкой по потоку 13÷22°С.6. The temperature of the superheat of the electrolyte for baths with a flow treatment of 13 ÷ 22 ° C.
7. Температура перегрева электролита для ванн, оснащенных АПГ, 7±15°С.7. The temperature of the superheat of the electrolyte for baths equipped with APG, 7 ± 15 ° C.
При соблюдении вышеуказанных требований на экспериментальной ванне были достигнуты следующие технологические показатели:Subject to the above requirements, the following technological indicators were achieved on the experimental bath:
- выход по току - 90,14%;- current efficiency - 90.14%;
- выход на ванно-сутки - 1191,2 т/сут;- access to the bath-day - 1191.2 t / day;
- сила тока - 163880 А.- current strength - 163880 A.
Таким образом, предлагаемое решение успешно прошло опытно-промышленные испытания на Волгоградском алюминиевой заводе и может быть рекомендовано для широкого внедрения в промышленных масштабах.Thus, the proposed solution has successfully passed pilot tests at the Volgograd aluminum smelter and can be recommended for widespread implementation on an industrial scale.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007131407/02A RU2359071C2 (en) | 2007-08-17 | 2007-08-17 | Operating procedure of electrolyser for aluminium manufacturing |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007131407/02A RU2359071C2 (en) | 2007-08-17 | 2007-08-17 | Operating procedure of electrolyser for aluminium manufacturing |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007131407A RU2007131407A (en) | 2009-02-27 |
RU2359071C2 true RU2359071C2 (en) | 2009-06-20 |
Family
ID=40529317
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007131407/02A RU2359071C2 (en) | 2007-08-17 | 2007-08-17 | Operating procedure of electrolyser for aluminium manufacturing |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2359071C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2616752C1 (en) * | 2015-11-13 | 2017-04-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Method of aluminium electrolyser with self-baking anode start |
-
2007
- 2007-08-17 RU RU2007131407/02A patent/RU2359071C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2616752C1 (en) * | 2015-11-13 | 2017-04-18 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Method of aluminium electrolyser with self-baking anode start |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007131407A (en) | 2009-02-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
NO20062501L (en) | Process for electrolytic production of aluminum | |
US7744814B2 (en) | Method for producing a magnesium-lanthanum praseodymium cerium intermediate alloy | |
Hryn et al. | Initial 1000A aluminum electrolysis testing in potassium cryolite-based electrolyte | |
CN102817044A (en) | Aluminium electrolyte and using method thereof | |
CN101713082B (en) | Low-temperature aluminum electrolysis process and electrolyte | |
CN107881531B (en) | A kind of composite anode of aluminium cell | |
RU2359071C2 (en) | Operating procedure of electrolyser for aluminium manufacturing | |
Beck | Production of aluminum with low temperature fluoride melts | |
CN105803490B (en) | A kind of electrolyte composition for aluminium electroloysis | |
US20240141529A1 (en) | Method for producing metal aluminum by molten salt electrolysis of aluminum oxide | |
US4135994A (en) | Process for electrolytically producing aluminum | |
RU2621207C1 (en) | Method for producing aluminium-based alloy and device for its implementation | |
US20150159286A1 (en) | Electrolytic cell for production of rare earth metals | |
CN103993332A (en) | Energy-saving aluminium electrolysis tank and auxiliary pole thereof | |
AU2002242786B2 (en) | Method for regulating an electrolysis cell | |
NO309155B1 (en) | Cell for electrolysis of alumina preferably at low temperatures and use of the cell | |
NO304748B1 (en) | Procedure for Regulation and Stabilization of AlF3 Content in an Aluminum Electrolysis Cell | |
AU2013275997B2 (en) | Electrolyte used for aluminum electrolysis and electrolysis process using the electrolyte | |
Cui et al. | The performance of aluminium electrolysis in a low temperature electrolyte system | |
Hryn et al. | Ultra-High-efficiency aluminum production cell | |
RU2276701C1 (en) | Electrolyte for production of aluminum (versions) | |
RU2266986C1 (en) | Electrolyte for aluminum production | |
Tabereaux et al. | Lithium-Modified Low Ratio Electrolyte Chemistry for Improved Performance in Modern Reduction Cells | |
Haarberg | The current efficiency for aluminium deposition from molten fluoride electrolytes with dissolved alumina | |
Patra et al. | Improvement in oxidation Behaviour of Prebake anodes used in NALCO smelter plant |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140818 |
|
MF4A | Cancelling an invention patent |