RU2415974C2 - Электролизная ванна для получения алюминия - Google Patents
Электролизная ванна для получения алюминия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2415974C2 RU2415974C2 RU2008147649/02A RU2008147649A RU2415974C2 RU 2415974 C2 RU2415974 C2 RU 2415974C2 RU 2008147649/02 A RU2008147649/02 A RU 2008147649/02A RU 2008147649 A RU2008147649 A RU 2008147649A RU 2415974 C2 RU2415974 C2 RU 2415974C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blocks
- insulation
- bath
- electrolysis
- carbon
- Prior art date
Links
Images
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
- C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
- C04B35/52—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
- C04B38/0022—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof obtained by a chemical conversion or reaction other than those relating to the setting or hardening of cement-like material or to the formation of a sol or a gel, e.g. by carbonising or pyrolysing preformed cellular materials based on polymers, organo-metallic or organo-silicon precursors
-
- 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
- C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
- C25C3/085—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes characterised by its non electrically conducting heat insulating parts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00241—Physical properties of the materials not provided for elsewhere in C04B2111/00
- C04B2111/00293—Materials impermeable to liquids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
- C04B2111/0087—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 for metallurgical applications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
- C04B2111/28—Fire resistance, i.e. materials resistant to accidental fires or high temperatures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/74—Physical characteristics
- C04B2235/77—Density
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/95—Products characterised by their size, e.g. microceramics
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
- C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
- C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
- C04B2235/9607—Thermal properties, e.g. thermal expansion coefficient
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электролизной ванне для получения алюминия. Ванна содержит кожух, по меньшей мере один катодный блок, расположенный по меньшей мере частично в кожухе, по меньшей мере один анод, подвешенный над ванной и погруженный в верхнюю часть электролизной ванны, изоляцию, покрывающую по меньшей мере частично внутреннюю поверхность кожуха, расположенную между катодным блоком и кожухом и выполненную по меньшей мере частично из блоков на основе углерода, имеющего теплопроводность ниже 1 Вт/м/К, предпочтительнее менее 0,3 Вт/м/К, кожух и элементы, помещенные в нем, ограничивают тигель, который служит для приема электролизного расплава в контакте с катодным блоком. Блоки на основе углерода имеют плотность в пределах 0,03 и 0,8 г/см3, предпочтительнее в пределах 0,1 и 0,6 г/см3. Обеспечивается повышение надежности за счет исключения разрушения расплавом, устранения или уменьшения миграции фторидов и улучшения теплоизоляции. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к электролизной ванне для получения алюминия.
На фиг.1 описывается электролизная ванна, традиционно используемая для электролиза алюминия. Она включает в себя:
- стальную наружную оболочку, называемую кожухом 2,
- изоляцию 3, расположенную внутри кожуха 2, состоящую из слоя изоляционных кирпичей 4 и слоя огнеупорных кирпичей 5, которые защищают дно и частично простираются вверх по сторонам кожуха 2, как это видно, в частности, на фиг.2,
- катод 6, образованный несколькими катодными блоками из углерода или графита, расположенными на дне кожуха 2 и оснащенными токособирательными шинами 7,
- боковые плитки 8 на основе углерода или карбида кремния, расположенные на уровне верхней боковой части кожуха 2 на уровне электролизного расплава и служащие для рассеяния тепловой энергии,
- набивную массу 9, образующую уплотнение между изоляцией 3 и/или боковыми плитками 8 и катодом 6,
- тигель, ограниченный элементами, находящимися в кожухе 2, и служащий для приема электролизного расплава 10,
- анод 11, выполненный по меньшей мере из одного углеродного блока, подвешенный над кожухом 2 и служащий для создания контакта с электролизным расплавом в рабочем положении ванны 1.
Точнее, слой изоляционных кирпичей 4 состоит, как правило, из одного или нескольких подслоев изоляционных кирпичей толщиной 65 мм каждый. Равным образом слой огнеупорных кирпичей 5 состоит, как правило, из одного или нескольких подслоев огнеупорных кирпичей толщиной 65 мм каждый.
Электролизный расплав состоит главным образом из расплавленного криолита (Na3AlF6 или 3NaF-AlF3) или алюмофтористого натрия. В соответствии с требованиями производства для изменения состава расплава вносят добавки фтористого натрия (NaF) или фтористого алюминия (AlF3). Могут быть использованы также другие добавки (CaF2, LiF,…).
Во время электролиза на поверхности катода 6 в контакте с электролизным расплавом образуется жидкий алюминий 12. Ток поочередно проходит через анод 11, электролизный расплав, алюминий 12, катод 6 и покидает ванну по токособирательным шинам 7.
Для производства алюминия в электролизный расплав загружают глинозем (Al2O3) для получения жидкого алюминия 12, который под действием силы тяжести осаждается на катоде 6.
Полученный таким образом жидкий алюминий 12 периодически удаляют из ванны, а в расплав регулярно добавляют глинозем.
В связи с поддержанием температуры расплава по эффекту Джоуля, связанному с прохождением тока, в диапазоне между 950°С и 975°С весь комплекс требуется изолировать при помощи изоляционных кирпичей 4, расположенных по внутренней поверхности кожуха, и огнеупорными кирпичами 6, расположенными между изоляционными кирпичами 4 и катодными блоками 6.
Эта изоляция 3 обеспечивает одновременно теплоизоляцию и электроизоляцию, необходимые для работы электролизной ванны 1.
Эта изоляция может деградировать в связи с двумя процессами. Первый процесс проявляется во время разогрева и ввода в эксплуатацию новой электролизной ванны. Плохая герметичность тигля связана со щелями и трещинами, которые могут появиться на уровне катода 6 и/или набивной массы 9. Эти каналы позволяют электролиту и жидкому алюминию проходить под катодные блоки 6, попадать к изоляционному материалу 3, расположенному на дне электролизной ванны 1, и затем быстро разрушать этот изоляционный материал 3.
Этот первый механизм деградации проявляется очень быстро после первого пуска ванны. Его можно избежать путем создания тщательного уплотнения набивной массой 9 вокруг катода 6, предварительного выверенного подогрева, позволяющего контролировать варку набивной массы и пуск, позволяющий поддерживать герметичность тигля.
Второй процесс деградации проявляется во время нормальной работы ванны, когда компоненты электролизного расплава, такие как фториды и натрий, проникают сквозь катодные блоки 6 в изоляционный материал 3.
Этот механизм представляет собой явление долговременного старения и присущ технологии вышеописанной электролизной ванны.
Ниже явление проникновения расплава в катод 6 описывается детально.
В книге “Cathodes in аluminium electrolysis”, Aluminium-Verlag ISBN 3-87017-230-4, 1994, p.127, M.Sorie et H.A.Oye показано, что углерод не смачивается жидким алюминием и с трудом смачивается расплавленными фторидами. Таким образом, даже при высокой пористости или промокаемости проникновение расплава в катод остается сложным, когда он выполнен из углерода или графита.
Такое проникновение расплава возможно лишь после диффузии натрия (Na) в катоде. Эта диффузия натрия выражается следующей реакцией:
6NaF + Al → 3Na + Na2AlF6
Диффузии натрия, то есть смещению реакции вправо, способствует необходимая для процесса электролиза сильная электрическая поляризация.
Таким образом, натрий диффундирует внедрением в углеродную матрицу катода, то есть в его скелет и/или его пористость.
Эта диффузия внедрением вызывает расширение катодных блоков и приводит к началу проникновения электролизного расплава вследствие смачивания и капиллярности в углеродную матрицу.
Кристаллизация расплава охлаждением вызывает механические напряжения сжатия, способные привести к образованию трещин в катодных блоках. С целью избежать такого явления под катодными блоками добровольно устанавливают изотерму солидус расплава порядка 888°С для этого типа расплава, которая призвана обеспечить, чтобы весь проникающий в катод электролизный расплав остался в жидком состоянии.
Жидкий электролизный расплав проходит катод и вступает в контакт с изоляцией 3, расположенной на дне электролизной ванны непосредственно под катодом 6.
В результате определенных неуточняемых здесь реакций состав проникающего в катод расплава обогащается фтористым натрием.
Теперь расплав вступает в реакцию с материалами, используемыми для создания изоляционного слоя. Натрий и фториды расплава разъедают одновременно кремнезем и глинозем, содержащиеся в составляющих изоляцию 3 изоляционных 4 и огнеупорных кирпичах 5. Кроме того, жидкий алюминий вступает в реакцию с кремнеземом этих кирпичей. Наконец, некоторые другие компоненты электролизного расплава, такие как фтористый литий или фтористый кальций реагируют с изоляцией 3, а также с металлическим кожухом 2, так что они разрушаются.
Деградация изоляционного слоя снижает свойства теплоизоляции и приводит к возникновению напряжений сжатия, так как продукты реакции компонентов расплава с изоляцией составляют больший объем, чем материалы, используемые изначально для создания изоляции.
Эти напряжения создают вертикальное выталкивание катодных блоков, направленное снизу вверх, а также сжатие изоляционного материала.
Выталкивание катодных блоков вверх вызывает их изгиб с риском разрушения их с течением времени.
Сжатие изоляционного материала приводит к увеличению его теплопроводности и способствует таким образом снижению теплоизоляции. Такое ухудшение свойств теплоизоляции затрудняет контроль температуры электролизного расплава и приводит к охлаждению катода, вызывая тем самым появление твердых шламов на его поверхности в контакте с расплавом.
Все эти явления приводят к снижению кпд ванны и ее разрушению.
Кроме того, присутствие фторидов, проникающих из ванны в изоляцию, создает проблему загрязнения окружающей среды во время демонтажа отработавших электролизных ванн, так как демонтируемый материал предназначен в отвал. В действительности фториды, такие как фтористый натрий (NaF), находящиеся изначально в электролизном расплаве, растворимы в воде и могут быть унесены струйным охлаждением.
Поэтому необходимо пассивировать эти отходы путем дорогостоящей обработки, прежде чем удалить их с уверенностью, что они безопасны.
В целях устранения этих недостатков различные материалы были использованы для создания барьеров от проникновения 13, назначением которых является воспрепятствовать, снизить или отсрочить перенос натрия, алюминия и электролизного расплава в слой изоляции.
Барьеры 13 от проникновения помещают, как правило, между катодными блоками 6 и слоем огнеупорных кирпичей 5, образующих часть изоляции 3 на дне электролизной ванны 1, как это показано более детально на фиг.2.
В статье “Penetration barriers in the cathode of Hall-Héroult cells”, Aluminium, 68, n.1, Jahrgang 1992, p.64, K. Grjotheim et H.Kvande излагаются, в частности, преимущества и недостатки различных используемых методов.
Так, известные барьеры против проникновения осуществляются на основе:
стальных пластин,
листов графита,
огнеупорных кирпичей и плиток,
порошков, содержащих или не содержащих глинозем,
стекла
огнеупорного бетона.
Использование стальных пластин обеспечивает хорошую защиту от натрия, но такие пластины поражают другие компонентами электролизного расплава.
Листы графита позволяют обеспечить великолепную защиту от миграции криолита и продуктов его распада и компонентов расплава, но они неэффективны против натрия. Поэтому листы графита обычно применяют вместе со стальными пластинами.
Однако такое сочетание не позволяет обеспечить тепло- и электроизоляцию под катодными блоками. Необходимо также размещать изоляцию под созданным таким образом барьером против проникновения, обычно в форме кирпичей небольших размеров.
Использование огнеупорных кирпичей и плиток остается самым распространенным методом. Между тем, даже если этот вид барьера преграждает проникновение жидких веществ, он не защищает от диффузии твердых фторидов. Они могут таким образом попадать в продукты набивной массы, удаляемой при демонтаже, то есть при удалении футеровки стен отработавшей ванны.
Кроме того, использование кирпичей или плиток небольших размеров требует обычно укладки многих тысяч элементов, необходимых для создания изоляции одной ванны.
Традиционная ванна требует обычно укладки 10000 кирпичей размером порядка 65×110×220 мм и плотностью, примерно равной 2 г/см3 для самых плотных, что создает изоляционный слой примерно в 20 тонн.
Помимо большого веса, очень важным фактором является также время, требующееся для укладки и уплотнения кирпичей.
Что касается использования порошков, то оно представляется опасным, так как порошкообразные материалы при укладке выделяют очень мелкие частицы. Кроме того, оно затруднительно, так как слой порошка необходимо подвергать по меньшей мере одноразовой вибрации внутри ванны, чтобы повысить уплотнение слоя.
Более того, изначально плохое уплотнение приводит к появлению полостей в катоде в результате вибраций ванны во время работы, при этом полости заполняются со временем, расплавленным при высоких температурах электролизным расплавом.
И, наконец, если теплопроводность порошкового слоя после вибрации считается приемлемой, она значительно ухудшается после реакции с расплавом.
Что касается использования стекла, то вместе с расплавом оно образует чрезвычайно вязкую, то есть обладающую низкой промокаемостью смесь. Однако могут быть созданы материалы с низкой вязкостью типа оксифтористых силикатов, которые изменят эффективность процесса обработки.
Наконец, укладка огнеупорного бетона в ванне предполагает стадию смешения при помощи специальных смесителей, стадию вибрации материала в ванне и стадию тепловой обработки сушкой. Осуществление такой изоляции представляется таким образом относительно сложным.
Таким образом, различные указанные методы позволяют бороться, в большинстве случаев частично или сложно, с деградацией изоляционного слоя и против миграции фторидов.
Необходимо также сочетать несколько слоев различных материалов в целях удовлетворения двойного требования защиты изоляционного слоя и теплоизоляции ванны.
Следовательно, задачей настоящего изобретения является предложить изоляционный материал, который не подвергается деградации электролизным расплавом, позволяет устранить или уменьшить миграцию фторидов, удовлетворить предъявляемые условия к теплоизоляции и реализация которого представляется менее сложной.
Для решения этой задачи электролизная ванна согласно изобретению для получения алюминия включает:
кожух,
по меньшей мере один катодный блок, расположенный по меньшей мере частично в кожухе,
по меньшей мере один анод, подвешенный над ванной и погруженный в верхнюю часть электролизной ванны,
изоляцию, покрывающую по меньшей мере частично внутреннюю поверхность кожуха 2 и расположенную между катодным блоком и кожухом,
кожух и элементы, которые он содержит, ограничивающие тигель, который служит для приема электролизного расплава в контакте с катодным блоком,
отличается тем, что изоляция выполнена, по меньшей мере частично, при помощи блоков на основе углерода, имеющего теплопроводность ниже 1 Вт/м/К.
В связи с наличием токособирательных шин ток не попадает в зону, расположенную под катодными блоками. Эта зона в контакте с расположенной на дне ванны изоляцией не подвержена в данном случае электрической поляризации.
Как указано выше, отсутствие электрической поляризации препятствует диффузии натрия в образованной таким образом углеродной изоляции. Кроме того, оно препятствует также образованию твердого алюминия под катодом, который может быть образован лишь катодным восстановлением.
Однако присутствие алюминия и электрической поляризации представляет собой два элемента, необходимых для диффузии натрия в углеродной матрице, как было пояснено выше и как это видно в вышеуказанной химической реакции. Так как диффузия натрия является необходимой для проникновения электролизного расплава в образующие изоляцию блоки на основе углерода, последние остаются не проницаемыми для электролизного расплава.
Таким образом, под катодными блоками, куда не проникает ток, так как электрический потенциал постоянный, изоляционный слой не может деградировать.
Более того, укладка такой изоляции представляет меньше сложностей, так как не требуется стадия вибрации или предварительной обработки внутри ванны.
Наконец, теплопроводность изоляционных блоков позволяет обеспечить тепловую стабильность и контроль процесса электролиза.
Согласно одному из признаков изобретения изоляционные блоки на основе углерода имеют плотность в пределах 0,03 и 0,8 г/см3, предпочтительно в пределах 0,1 и 0,6 г/см3.
Низкая объемная плотность блоков обеспечивает небольшой вес изоляционного слоя, причем этот вес может быть снижен до 4 тонн по сравнению с традиционным изоляционным слоем весом в 20 тонн, состоящим из кирпичей. Кроме того, эта низкая объемная плотность позволяет получить высокую жаропрочность изоляции.
Предпочтительно теплопроводность блоков на основе углерода ниже 0,3 Вт/м/К.
Преимущественно блоки на основе углерода выполнены в форме плит размерами порядка 120×440×880 мм.
Эти размеры позволяют получить хорошее сочетание простоты обслуживания различных блоков с прокладкой изоляции.
Использование таких блоков позволяет, кроме того, значительно сократить число элементов, составляющих изоляционный слой, так как необходимо лишь 310 блоков вместо 10000 кирпичей, используемых для создания традиционной изоляции.
Толщина, обусловленная минимальной жаропрочностью изоляции, достаточно невысокая, что позволяет увеличить объем электролизного расплава или толщину катодного блока.
Согласно другому признаку изобретения соединение между плитками осуществляют при помощи углеродных клеев или углеродных цементов.
Образованные таким образом соединения устойчивы, как и блоки на основе углерода, к воздействию различных компонентов расплава.
Предпочтительно блоки выполнены на основе углеродной пены.
Использование пены позволяет упростить производство, изготовляя блоки с требуемыми характеристиками, как по показателям сопротивления, так и по тепловым свойствам.
Во всяком случае изобретение будет более понятным при помощи нижеследующего описания со ссылкой на прилагаемый схематический чертеж, на котором в виде неограничительного примера представлены несколько вариантов осуществления указанной электролизной ванны. Показаны:
Фиг.1 - вид в поперечном разрезе электролизной ванны согласно существующему уровню техники;
Фиг.2 - увеличенный вид изоляционной части ванны;
Фиг.3 - вид, соответствующий фиг.1, электролизной ванны согласно изобретению.
Обозначенные позициями 1-12 элементы, относящиеся к фиг.3, соответствуют по ходу описания элементам, помеченным такими же позициями на фиг.1 и 2.
На фиг.3 представлена электролизная ванна согласно изобретению. Эта ванна существенно отличается от ванны существующего уровня техники, представленного в преамбуле, тем, что изоляция 3 не состоит больше из комплекта изоляционных 4 и огнеупорных кирпичей 5 и барьера против проникновения 13, а состоит из блоков 14 на основе углерода с низкой теплопроводностью.
Эти блоки 14 образованы, например, на основе углеродной пены, теплопроводность которой ниже 1 Вт/м/К, предпочтительно ниже 0,3 Вт/м/К, и плотность которой ниже 0,8 г/см3, предпочтительно ниже 0,6 г/см3.
Блоки имеют, например, толщину порядка 120 мм, ширину 440 мм и длину 880 мм.
Клеевые или цементные соединения на основе углерода позволяют обеспечить герметичность между блоками, так как этот вид соединений не реагирует с веществами, содержащимися в электролизном расплаве.
Такие цементы известны профессионалу и соответствуют цементам, используемым для обеспечения соединений между различными боковыми плитами.
Кроме того, составляющие изоляцию блоки 14 могут быть изолированы от катодных блоков 6 слоем глинозема или другого порошкообразного вещества или слоем набивной массы. Этот слой может облегчить укладку катодных блоков и их выравнивание в ванне.
Согласно другому варианту осуществления изоляция 3 образована двумя слоями изоляционных кирпичей толщиной 65 мм каждый, которые уложены поверх слоя блоков толщиной 130 мм.
В случае, если изоляционные кирпичи или блоки имеют теплопроводность, равную соответственно 0,15 Вт/м/К и 0,30 Вт/м/К, жаропрочность изоляции примерно равна 1300 (произвольная единица - п.е.).
В целях сравнения жаропрочность традиционной изоляции, состоящей из двух слоев традиционных изоляционных кирпичей, поверх которых уложены два слоя огнеупорных кирпичей, имеющих каждый из четырех слоев толщину 65 мм, составляет примерно 985 п.е.
Как это видно из предшествующих результатов, замена двух слоев огнеупорных кирпичей одним слоем блоков эквивалентной толщины позволяет улучшить жаропрочность изоляции примерно на 30%.
Согласно другому варианту осуществления традиционная жаропрочность 985 п.е. может быть достигнута при использовании двух слоев изоляционных кирпичей, таких как описаны выше, на которых уложен один слой блоков толщиной примерно равной 36 мм, при этом блоки, как и прежде, имеют теплопроводность 0,30 Вт/м/К.
Следует отметить, что в данном случае одинаковая жаропрочность может быть достигнута изоляцией толщиной 166 мм вместо 260 мм.
Такое уменьшение толщины изоляции 3 позволяет увеличить толщину катодных блоков 6 или увеличить объем электролизного расплава.
Использование лишь одного слоя блоков 14 на основе углерода толщиной, примерно равной 197 мм, и теплопроводностью, равной 0,2 Вт/м/К, позволяет получить жаропрочность, эквивалентную традиционным изоляциям, то есть примерно равную 985 п.е.
Такая жаропрочность может быть достигнута также при слое блоков 14 толщиной, примерно равной 148 мм, и теплопроводности, равной 0,15 Вт/м/К.
Высокая жаропрочность позволяет обеспечить соответствующую изоляцию ванны 1.
Как вытекает из вышеприведенных значений, такие блоки имеют теплопроводность, эквивалентную теплопроводности изоляционных кирпичей и ниже теплопроводности огнеупорных кирпичей.
Кроме того, блоки на основе углерода инертны в отношении алюминия и электролизного расплава в той мере, что через них не проходит электрический ток, как видно из вышеизложенного.
В действительности, блоки не подвержены прохождению электрического тока в связи с их расположением относительно катода 6 и их высоким электрическим сопротивлением, которое связано с незначительной теплопроводностью.
Кроме того, использование блоков, имеющих такие размеры, позволяет создать изоляцию на основе примерно 310 блоков по сравнению с изоляцией ванны, соответствующей уровню техники, которая состоит из примерно 10000 кирпичей. Легко понять, что небольшой вес и размеры блоков 14 существенно облегчают монтаж ванны 1.
Более того, облегчение оградить изоляционный слой от примесей и невысокое загрязнение фторидами позволяют снизить издержки на борьбу с загрязнением и списанием в отвал при демонтаже набивного материала отработанной ванны.
Разумеется, изобретение не ограничивается одним вариантом осуществления этой системы, описанной выше в качестве примера, наоборот, оно включает все варианты. Так, в частности, блоки на основе углерода не обязательно образованы на основе пены, они могут быть изготовлены из материала на основе углерода, имеющего аналогичные тепловые свойства.
Claims (6)
1. Электролизная ванна (1) для получения алюминия, содержащая кожух (2), по меньшей мере один катодный блок (6), расположенный по меньшей мере частично в кожухе (2), по меньшей мере один анод (11), подвешенный над ванной и погруженный в верхнюю часть электролизной ванны, изоляцию (3), покрывающую по меньшей мере частично внутреннюю поверхность кожуха (2) и расположенную между катодным блоком (6) и кожухом (2), при этом кожух (2) и элементы, которые содержатся в нем, образуют тигель (10), предназначенный для приема электролизного расплава, контактирующего с катодным блоком (6), отличающаяся тем, что изоляция (3) выполнена, по меньшей мере частично, из блоков (14) на основе углерода, имеющих теплопроводность ниже 1 Вт/м/К.
2. Электролизная ванна (1) по п.1, отличающаяся тем, что блоки (14) на основе углерода имеют плотность в пределах 0,03 и 0,8 г/см3, предпочтительно в пределах 0,1 и 0,6 г/см3.
3. Электролизная ванна (1) по одному из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что теплопроводность блоков (14) на основе углерода ниже 0,3 Вт/м/К.
4. Электролизная ванна (1) по одному из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что блоки (14) на основе углерода выполнены в форме плит размерами порядка 120×440×880 мм.
5. Электролизная ванна (1) по п.4, отличающаяся тем, что соединение между плитами осуществляется при помощи углеродных клеев или углеродных цементов.
6. Электролизная ванна (1) по одному из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что блоки (14) выполнены на основе углеродной пены.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR0603937 | 2006-05-03 | ||
FR0603937A FR2900665B1 (fr) | 2006-05-03 | 2006-05-03 | Cuve d'electrolyse d'obtention d'aluminium |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008147649A RU2008147649A (ru) | 2010-06-10 |
RU2415974C2 true RU2415974C2 (ru) | 2011-04-10 |
Family
ID=37525635
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008147649/02A RU2415974C2 (ru) | 2006-05-03 | 2007-04-25 | Электролизная ванна для получения алюминия |
Country Status (13)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8440059B2 (ru) |
EP (1) | EP2013381B1 (ru) |
CN (1) | CN101437982B (ru) |
AR (1) | AR060711A1 (ru) |
AU (1) | AU2007245620B2 (ru) |
BR (1) | BRPI0711115A2 (ru) |
CA (1) | CA2651060C (ru) |
EG (1) | EG25569A (ru) |
FR (1) | FR2900665B1 (ru) |
NO (1) | NO20085038L (ru) |
RU (1) | RU2415974C2 (ru) |
WO (1) | WO2007125195A2 (ru) |
ZA (1) | ZA200808809B (ru) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2614357C2 (ru) * | 2015-07-24 | 2017-03-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Способ футеровки катодного устройства электролизера для получения первичного алюминия (варианты) |
RU2720129C2 (ru) * | 2016-01-26 | 2020-04-24 | АЛКОА ЮЭсЭй КОРП. | Узел изоляции для электролизера |
CN108166017A (zh) * | 2016-12-07 | 2018-06-15 | 高德金 | 一种预焙铝电解槽生产工艺 |
Family Cites Families (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3110660A (en) * | 1960-11-28 | 1963-11-12 | Reynolds Metals Co | Cathode structure for electrolytic reduction cell |
FR1301833A (fr) * | 1961-05-26 | 1962-08-24 | Electrochimie Soc | Produits réfractaires pour l'industrie de l'aluminium et autres métaux très réducteurs |
US3302999A (en) * | 1962-11-14 | 1967-02-07 | Union Carbide Corp | Carbon foam |
US4175022A (en) * | 1977-04-25 | 1979-11-20 | Union Carbide Corporation | Electrolytic cell bottom barrier formed from expanded graphite |
GB2012303B (en) * | 1977-12-14 | 1982-05-06 | British Petroleum Co | Process for preparing pitch foams and products so produced |
US4442165A (en) * | 1981-03-26 | 1984-04-10 | General Electric Co. | Low-density thermally insulating carbon-carbon syntactic foam composite |
DE3327230A1 (de) * | 1983-07-28 | 1985-02-07 | Sigri Elektrographit Gmbh, 8901 Meitingen | Auskleidung fuer elektrolysewanne zur herstellung von aluminium |
US4556468A (en) * | 1984-09-26 | 1985-12-03 | Aluminum Company Of America | Electrolytic cell |
GB8522138D0 (en) * | 1985-09-06 | 1985-10-09 | Alcan Int Ltd | Linings for aluminium reduction cells |
NO180206C (no) * | 1992-11-30 | 1997-03-05 | Elkem Aluminium | Konstruksjonsdeler for aluminiumelektrolyseceller |
CN1049930C (zh) | 1996-07-10 | 2000-03-01 | 黄河铝业有限公司 | 工业铝电解槽化学挡板的制造方法 |
US8048528B2 (en) * | 1999-12-02 | 2011-11-01 | Touchstone Research Laboratory, Ltd. | Cellular coal products |
RU2191223C1 (ru) | 2001-08-06 | 2002-10-20 | Открытое акционерное общество "Надвоицкий алюминиевый завод" | Футеровка катодного кожуха алюминиевого электролизера |
EP1344846A1 (en) * | 2002-03-12 | 2003-09-17 | VAW Aluminium-Technologie GmbH | Aluminium reduction cell refractory material and process for the manufacture of carboceramic material |
RU2266983C1 (ru) | 2004-03-16 | 2005-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Инженерно-технологический центр" | Катодная футеровка алюминиевого электролизера |
CN100415938C (zh) * | 2004-12-27 | 2008-09-03 | 沈阳铝镁设计研究院 | 一种铝电解槽内衬结构 |
-
2006
- 2006-05-03 FR FR0603937A patent/FR2900665B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
2007
- 2007-04-25 BR BRPI0711115-0A patent/BRPI0711115A2/pt not_active IP Right Cessation
- 2007-04-25 CN CN2007800159181A patent/CN101437982B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2007-04-25 CA CA2651060A patent/CA2651060C/fr not_active Expired - Fee Related
- 2007-04-25 AU AU2007245620A patent/AU2007245620B2/en not_active Ceased
- 2007-04-25 EP EP07731357A patent/EP2013381B1/fr not_active Not-in-force
- 2007-04-25 US US12/299,338 patent/US8440059B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2007-04-25 WO PCT/FR2007/000698 patent/WO2007125195A2/fr active Application Filing
- 2007-04-25 RU RU2008147649/02A patent/RU2415974C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2007-04-27 AR ARP070101852A patent/AR060711A1/es active IP Right Grant
-
2008
- 2008-10-15 ZA ZA2008/08809A patent/ZA200808809B/en unknown
- 2008-11-02 EG EG2008111789A patent/EG25569A/xx active
- 2008-12-02 NO NO20085038A patent/NO20085038L/no not_active Application Discontinuation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101437982A (zh) | 2009-05-20 |
NO20085038L (no) | 2009-02-03 |
AU2007245620A1 (en) | 2007-11-08 |
CN101437982B (zh) | 2011-12-28 |
CA2651060C (fr) | 2014-07-29 |
EP2013381B1 (fr) | 2013-03-27 |
AU2007245620B2 (en) | 2011-01-06 |
FR2900665B1 (fr) | 2008-06-27 |
EP2013381A2 (fr) | 2009-01-14 |
US20090218216A1 (en) | 2009-09-03 |
CA2651060A1 (fr) | 2007-11-08 |
EG25569A (en) | 2012-02-28 |
FR2900665A1 (fr) | 2007-11-09 |
WO2007125195A3 (fr) | 2008-07-24 |
US8440059B2 (en) | 2013-05-14 |
AR060711A1 (es) | 2008-07-10 |
RU2008147649A (ru) | 2010-06-10 |
ZA200808809B (en) | 2009-12-30 |
WO2007125195A2 (fr) | 2007-11-08 |
BRPI0711115A2 (pt) | 2011-08-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA1273895A (en) | Linings for aluminium reduction cells | |
AU2016319731B2 (en) | Lining of cathode assembly of electrolysis cell for producing aluminium | |
US4411758A (en) | Electrolytic reduction cell | |
CN103011852B (zh) | 一种刚玉质浇注料制品的无烧结致密化方法 | |
RU2415974C2 (ru) | Электролизная ванна для получения алюминия | |
US4737253A (en) | Aluminium reduction cell | |
US5062929A (en) | Linings for aluminum reduction cells | |
US5322826A (en) | Refractory material | |
US3787300A (en) | Method for reduction of aluminum with improved reduction cell and anodes | |
CA1222477A (en) | Diffusion barrier for aluminium electrolysis furnaces | |
RU2266983C1 (ru) | Катодная футеровка алюминиевого электролизера | |
US4673481A (en) | Reduction pot | |
CN111996551A (zh) | 铝电解槽阴极槽底保温层结构 | |
US4561958A (en) | Alumina reduction cell | |
US11466377B2 (en) | Method for providing a cathode lining barrier layer in an electrolysis cell and a material for same | |
PL122573B1 (en) | Lining mixture for electrometallurgical furnaces | |
EA043689B1 (ru) | Способ получения барьерного слоя катодной футеровки в электролитической ячейке и материал для этого слоя | |
CN111996552A (zh) | 一种铝电解槽阴极底部保温层结构和构造方法 | |
SU1186705A1 (ru) | Анодное устройство электролизера для электролитического рафинирования алюминия | |
RU2086708C1 (ru) | Электролизер для получения магния и хлора и способ его монтажа | |
AU617040B2 (en) | Cathode protection | |
RU2106434C1 (ru) | Способ обжига и пуска алюминиевого электролизера (варианты) | |
NZ204405A (en) | Electrolytic cell of hall-heroult type | |
NO162473B (no) | Elektrolysecelle til reduksjon av aluminiumoksid. |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150426 |