RU2550683C1 - Electrolysis unit for aluminium making - Google Patents
Electrolysis unit for aluminium making Download PDFInfo
- Publication number
- RU2550683C1 RU2550683C1 RU2013156292/02A RU2013156292A RU2550683C1 RU 2550683 C1 RU2550683 C1 RU 2550683C1 RU 2013156292/02 A RU2013156292/02 A RU 2013156292/02A RU 2013156292 A RU2013156292 A RU 2013156292A RU 2550683 C1 RU2550683 C1 RU 2550683C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- anode
- carbon
- floats
- cathode
- blocks
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к электролитическому получению алюминия, а именно к конструкции электролизеров для получения алюминия.The invention relates to non-ferrous metallurgy, in particular to the electrolytic production of aluminum, and in particular to the design of electrolytic cells for producing aluminum.
Известен электролизер [Х. Чанг, В. де Нора и Дж.А. Секхар «Материалы, используемые в производстве алюминия методом Эру-Холла». - Изд-во: КГУ, Красноярск. - 1998], содержащий катодное устройство и анодное устройство. Катодное устройство содержит ванну с угольной подиной, выложенную из угольных блоков с вмонтированными токоподводами, заключенными в металлический кожух. Между металлическим кожухом и угольными блоками размещены огнеупорные и теплоизоляционные материалы. Анодное устройство содержит угольные аноды, соединенные с анодной шиной. Аноды размещены в верхней части ванны и погружены в расплавленный электролит.Known electrolyzer [X. Chang, W. de Nora and J.A. Sekhar "Materials used in the production of aluminum by the Eru-Hall method." - Publishing House: KSU, Krasnoyarsk. - 1998], comprising a cathode device and an anode device. The cathode device comprises a bath with a coal bottom, laid out of coal blocks with mounted current leads enclosed in a metal casing. Between the metal casing and the coal blocks are placed refractory and heat-insulating materials. The anode device comprises carbon anodes connected to the anode bus. Anodes are placed at the top of the bath and immersed in molten electrolyte.
Недостатком известной конструкции электролизера является то, что разработанные для нее технологии характеризуются весьма высоким удельным расходом энергии W, определяемым уравнениемA disadvantage of the known design of the electrolyzer is that the technologies developed for it are characterized by a very high specific energy consumption W, defined by the equation
Обычно в технологиях получения алюминия W=13-15 кВт·ч/кг металла. Однако этот расход энергии приблизительно в 2 раза больше, чем предсказываемый теоретически. Для этого есть две причины:Usually in aluminum production technologies W = 13-15 kWh / kg of metal. However, this energy consumption is approximately 2 times greater than theoretically predicted. There are two reasons for this:
1. В напряжении V большую часть занимает омическое падение напряжения в электролите, определяемое величиной межэлектродного (межполюсного) зазора (МПЗ). Обычно это расстояние составляет около 5 см.1. In voltage V, a large part is occupied by the ohmic voltage drop in the electrolyte, determined by the magnitude of the interelectrode (interpolar) gap (MPZ). Usually this distance is about 5 cm.
2. Выход по току η снижается при резком увеличении взаимодействия (так называемое «обратное взаимодействие») анодных продуктов (углекислого газа) и катодных продуктов (растворенного алюминия) при увеличении гидродинамического перемешивания (циркуляции) электролита и/или металла.2. The current efficiency η decreases with a sharp increase in the interaction (the so-called "reverse interaction") of the anode products (carbon dioxide) and cathode products (dissolved aluminum) with increasing hydrodynamic mixing (circulation) of the electrolyte and / or metal.
Таким образом, одним из важнейших недостатков вышеуказанной конструкции являются относительно высокое омическое сопротивление МПЗ и высокий расход энергии.Thus, one of the most important drawbacks of the above design is the relatively high ohmic resistance of the MPZ and high energy consumption.
Известен электролизер для производства алюминия [US 4405433, C25C 3/08, опубл. 20.09.1983], состоящий из анодного токоподвода, угольного анода, угольного катода с расположенными под анодом дополнительными элементами - «грибами», сделанными из диборида титана, изоляции, электролита, жидкого алюминия, блюмсов.Known electrolyzer for the production of aluminum [US 4405433,
Недостатком известной конструкции электролизера является недостаточная термомеханическая и химическая стойкость «грибов», сделанных из диборида титана, особенно на границах металл-электролит; сложность прикрепления «грибов» к подине и невозможность осуществления такого прикрепления в ныне действующих электролизерах, малая площадь контакта «гриба» с угольной подиной, а также относительно высокая стоимость и невозможность оперативного удаления «грибов» из межэлектродного зазора при необходимости, например, опускания анода на катод.A disadvantage of the known design of the electrolyzer is the insufficient thermomechanical and chemical resistance of the “mushrooms” made of titanium diboride, especially at the metal-electrolyte boundaries; the difficulty of attaching the “mushrooms” to the bottom and the impossibility of such attachment in the existing electrolytic cells, the small contact area of the “mushroom” with the coal bottom, as well as the relatively high cost and the inability to quickly remove the “mushrooms” from the interelectrode gap if necessary, for example, lowering the anode onto cathode.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является электролизер для производства алюминия [RU №111540, C25C 3/06, опубл. 20.12.2011], включающий катодное устройство, содержащее ванну с угольной подиной, выложенную из угольных блоков с вмонтированными катодными токоподводами, заключенных в металлический кожух, с размещенными между металлическим кожухом и угольными блоками огнеупорными и теплоизоляционными материалами, анодное устройство, содержащее угольные аноды, соединенные с анодной шиной, размещенные в верхней части ванны и погруженные в расплавленный электролит, отличающийся тем, что на угольной подине под каждым из анодов расположены тумбы с более высокой удельной электропроводностью, чем электролит, стойкие к разрушению в криолитоглиноземных расплавах и жидком алюминии, причем верхняя поверхность тумбы выступает выше уровня катодного алюминия, а тумбы выполнены с возможностью перемещения и/или замены при необходимости.The closest technical solution, selected as a prototype, is an electrolyzer for aluminum production [RU No. 111540,
Недостатками известной конструкции электролизера являются: относительно большие объем пространства в МПЗ, занимаемый тумбами, вес и стоимость тумб, сложности перемещения и/или замены тумб при необходимости. В случае необходимости использования утяжелителей, расположенных внутри тумбы, например чугунной «гири» или заливки, это может снижать надежность конструкции вследствие разности коэффициентов термического расширения материалов, а также проникновения электролита через поры тумбы к материалу утяжелителя, приводя к его преждевременной коррозии и загрязнению катодного металла. Практически затруднительна возможность автоматического регулирования вертикального перемещения тумбы при изменении толщины слоя катодного металла.The disadvantages of the known design of the electrolyzer are: the relatively large amount of space in the MPZ occupied by the stands, the weight and cost of the stands, the difficulty of moving and / or replacing the stands, if necessary. If it is necessary to use weighting agents located inside the cabinet, for example, cast-iron “weight” or pouring, this can reduce the reliability of the structure due to the difference in the coefficients of thermal expansion of materials, as well as the penetration of electrolyte through the pores of the cabinet to the material of the weighting agent, leading to its premature corrosion and contamination of the cathode metal . It is practically difficult to automatically control the vertical movement of the cabinet when the thickness of the cathode metal layer changes.
Кроме вышеописанного, известным недостатком ныне существующих электролизеров с горизонтальным расположением электродов (фиг.3, анод 1 и катод 2) является тот факт, что образующиеся на аноде 1 газы устремляются к краям анода, приводя в движение расплав 4. По периметру анода 1, где анодные газы 7 устремляются вверх, образуя гидродинамическое разрежение на границе раздела алюминий-электролит, образуется поднимающаяся вверх волна алюминия 9. На вершине волны частицы алюминия могут отрываться и, будучи захваченными газовыми пузырями 7, устремляются вверх в электролите 4 и к аноду 1, где окисляются, т.е. происходит обратная реакция, которая уменьшает выход по току электролизера. В результате данного явления выход по току может уменьшаться приблизительно на 0,3%.In addition to the above, a known drawback of the existing electrolytic cells with a horizontal arrangement of electrodes (Fig. 3,
Техническим результатом изобретения является снижение удельного расхода энергии за счет уменьшения МПЗ, омического сопротивления и падения напряжения в МПЗ, повышение выхода по току вследствие увеличения гидродинамического сопротивления для движения расплава у границы алюминий-электролит по периметру анода, и, следовательно, уменьшения перемешивания расплава и «обратных» реакций металла с анодными газами.The technical result of the invention is to reduce the specific energy consumption due to a decrease in the magnetic resistance, ohmic resistance and voltage drop in the magnetic resistance, an increase in current efficiency due to an increase in hydrodynamic resistance for the movement of the melt near the aluminum-electrolyte boundary along the perimeter of the anode, and, therefore, to reduce the mixing of the melt and reverse "reactions of the metal with anode gases.
Технический результат достигается тем, что в электролизере для производства алюминия, включающем катодное устройство, содержащее ванну с угольной подиной, выложенную из угольных блоков с вмонтированными катодными токоподводами, заключенных в металлический кожух, с размещенными между металлическим кожухом и угольными блоками огнеупорными и теплоизоляционными материалами, анодное устройство, содержащее угольные аноды, соединенные с анодной шиной, размещенные в верхней части ванны и погруженные в расплавленный электролит, новым является то, что он снабжен тумбами или поплавками, размещенными по периметру анода в межполюсном зазоре на границе поверхностей катодный алюминий-электролит, верхняя поверхность которых выступает выше уровня катодного алюминия, с возможностью перемещения и/или замены тумбы или поплавка при необходимости. Новым также является то, что тумбы или поплавки выполнены из углеродных блоков, в частности из отходов в виде боя стандартных подовых блоков, обожженных анодов и/или электродов, карбида кремния или комбинации углерода и карбида кремния, находящихся и/или плавающих на границе катодный металл/электролит вследствие разницы плотностей материалов. Внешние поверхности тумбы или поплавка предварительно покрыты или пропитаны защитными ингибиторными веществами; под каждым анодом может быть установлено от 1 до 240 тумб или поплавков, которые (поплавки) могут быть любой формы, например параллелепипед, призма, куб, гексагональной, ортогональной, шаровидной, эллипсоидной, полусферической, цилиндрической, а также комбинациями форм и т.д. Верхняя поверхность тумбы или поплавка выполнена плоской, или выпуклой, или вогнутой, или наклонной к горизонту.The technical result is achieved in that in an electrolyzer for aluminum production, comprising a cathode device containing a bath with a carbon bottom, laid out of coal blocks with mounted cathode current leads, enclosed in a metal casing, with refractory and heat-insulating materials placed between the metal casing and the coal blocks, the anode a device containing carbon anodes connected to the anode bus, placed in the upper part of the bath and immersed in molten electrolyte, is a new Xia that it is provided with pedestals or floats, placed at the perimeter of the anode in the interpolar gap on the boundary surfaces of the aluminum cathode-electrolyte, the upper surface which protrudes above the cathodic aluminum, movable and / or replacement of stone or the float if necessary. Also new is the fact that the cabinets or floats are made of carbon blocks, in particular waste from the battle of standard hearth blocks, calcined anodes and / or electrodes, silicon carbide or a combination of carbon and silicon carbide located and / or floating on the boundary of the cathode metal / electrolyte due to the difference in density of materials. The outer surfaces of the cabinet or float are pre-coated or impregnated with protective inhibitory substances; from 1 to 240 curbstones or floats can be installed under each anode, which (floats) can be of any shape, for example parallelepiped, prism, cube, hexagonal, orthogonal, spherical, ellipsoid, hemispherical, cylindrical, as well as combinations of shapes, etc. . The upper surface of the cabinet or float is made flat, or convex, or concave, or inclined to the horizontal.
Изобретение дополняют частные отличительные признаки, направленные также на решение поставленной задачи:The invention is complemented by private distinguishing features, also aimed at solving the problem:
1. Поплавки имеют плотность меньше, чем у катодного металла, но больше, чем у электролита, плавают на границе катодный металл/электролит вследствие разницы плотностей материалов, причем верхняя поверхность поплавка выступает выше уровня катодного алюминия.1. The floats have a density lower than that of the cathode metal, but greater than that of the electrolyte, float at the cathode metal / electrolyte interface due to the difference in density of materials, with the upper surface of the float protruding above the level of cathode aluminum.
2. Тумбы или поплавки могут быть выполнены из углеродных блоков, блоков из карбида кремния или их комбинации, в частности из отходов в виде боя стандартных блоков, обожженных анодов и/или электродов, находящихся на границе катодный металл/электролит вследствие разницы плотностей материалов.2. Curbstones or floats can be made of carbon blocks, blocks of silicon carbide, or a combination thereof, in particular waste in the form of a battle of standard blocks, calcined anodes and / or electrodes located at the cathode metal / electrolyte interface due to the difference in material densities.
3. Тумбы или поплавки, перед тем как разместить в пространство МПЗ, обтягивают в вакуумную упаковку из фольги катодного металла и подогревают до температуры как можно ближе к температуре электролиза, но меньшей, чем температура плавления катодного металла. Затем тумбу или поплавок помещают в пространство МПЗ.3. The cabinets or floats, before being placed in the MPZ space, are wrapped in a vacuum package of cathode metal foil and heated to a temperature as close as possible to the electrolysis temperature, but lower than the melting temperature of the cathode metal. Then the cabinet or float is placed in the space of the MPZ.
4. Тумбы могут быть выполнены из карбида кремния и/или материала типа ANAPLAST.4. The cabinets can be made of silicon carbide and / or ANAPLAST type material.
5. Внешние поверхности тумбы или поплавка предварительно обработаны/пропитаны защитными ингибиторными веществами.5. The outer surfaces of the cabinet or float are pre-treated / impregnated with protective inhibitory substances.
6. По периметру анода может быть установлено от 1 до 240 тумб или поплавков.6. Around the perimeter of the anode can be installed from 1 to 240 pedestals or floats.
7. Верхняя поверхность тумб или поплавков выполнена плоской, или выпуклой, или вогнутой, или наклонной к горизонту.7. The upper surface of the cabinets or floats is made flat, or convex, or concave, or inclined to the horizontal.
8. Поплавки могут быть любой формы, например параллелепипед, призма, куб, гексагональной, ортогональной, шаровидной, эллипсоидной, полусферической, цилиндрической, комбинации различных форм и т.д., но особенности конструкции и унификация поплавков могут учитываться для оптимальности конструкции и процесса электролиза.8. The floats can be of any shape, for example, parallelepiped, prism, cube, hexagonal, orthogonal, spherical, ellipsoid, hemispherical, cylindrical, combinations of various shapes, etc., but the design features and unification of the floats can be taken into account for optimal design and electrolysis process .
Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна». Признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежных областей техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».These differences allow us to conclude that the proposed technical solution meets the criterion of "novelty." Signs that distinguish the claimed method from the prototype are not identified in other technical solutions in the study of this and related areas of technology and, therefore, provide the claimed solution with the criterion of "inventive step".
Сущность изобретения поясняется чертежами 1-6.The invention is illustrated by drawings 1-6.
Электролизер содержит угольный анод с анодным токоподводом 1, угольную подину (катод) 2. Нижняя поверхность угольного анода погружена в электролит 3. Внутри электролизера выложена футеровка 6. Электролизер снабжен традиционным устройством для подачи сырья (глинозем, фторсоли и т.п.) и отвода отходящих газов 8, устройством для подвода тока 3 к катоду 2. В межполюсном зазоре (МПЗ) на границе поверхностей катодный металл-электролит 4 по периметру анода 1, в том месте, где обычно образуется волна катодного металла 9 (фиг.3), помещаются тумбы или поплавки в форме параллелепипеда 10 (фиг.4) или других форм или их комбинаций (фиг.5), в т.ч. призма, куб, гексагональной, ортогональной, шаровидной, эллипсоидной, полусферической, цилиндрической, причем в нижней части тумбы или поплавка имеются сквозные отверстия 12 для протекания алюминия (фиг.5). В отличие от тумбы поплавок прикрепляют кронштейнами 11 по периметру анода 1 (фиг.6), причем кронштейны 1 изготовлены из карбида кремния или аналогичного токонепроводящего материала, стойкого в криолитоглиноземных расплавах и алюминии при температурах 950-1100°C.The cell contains a carbon anode with an anode
Монтаж алюминиевого электролизера осуществляется следующим образом.Installation of an aluminum electrolyzer is as follows.
Тумбы или поплавки, перед тем как разместить в пространство МПЗ, могут быть обтянуты в вакуумную упаковку из фольги катодного металла с целью закрытия поверхностных пор, защиты поплавка от окисления на воздухе, улучшения теплопередачи и подогреты до температуры как можно ближе к температуре электролиза, но меньшей, чем температура плавления катодного металла. Затем поплавок помещают в пространство МПЗ.The cabinets or floats, before being placed in the MPZ space, can be wrapped in a vacuum package of cathode metal foil in order to close surface pores, protect the float from oxidation in air, improve heat transfer and are heated to a temperature as close as possible to the electrolysis temperature, but less than the melting point of the cathode metal. Then the float is placed in the space MPZ.
При этом происходит улучшение следующих ТЭП электролиза алюминия: уменьшение МПЗ, рабочего напряжения и удельного расхода энергии, увеличение выхода по току и производительности электролизера.At the same time, the following TECs of aluminum electrolysis are improved: a decrease in the magnetoresistance, working voltage and specific energy consumption, an increase in current efficiency and electrolyzer productivity.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013156292/02A RU2550683C1 (en) | 2013-12-19 | 2013-12-19 | Electrolysis unit for aluminium making |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013156292/02A RU2550683C1 (en) | 2013-12-19 | 2013-12-19 | Electrolysis unit for aluminium making |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2550683C1 true RU2550683C1 (en) | 2015-05-10 |
Family
ID=53294066
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013156292/02A RU2550683C1 (en) | 2013-12-19 | 2013-12-19 | Electrolysis unit for aluminium making |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2550683C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2696124C1 (en) * | 2018-10-03 | 2019-07-31 | Василий Андреевич Крюковский | Electrolytic cell for aluminum production |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4529494A (en) * | 1984-05-17 | 1985-07-16 | Great Lakes Carbon Corporation | Bipolar electrode for Hall-Heroult electrolysis |
US5019222A (en) * | 1989-05-02 | 1991-05-28 | Nikko Gould Foil Co., Ltd. | Treatment of copper foil for printed circuits |
US6533909B2 (en) * | 1999-08-17 | 2003-03-18 | Moltech Invent S.A. | Bipolar cell for the production of aluminium with carbon cathodes |
RU2287026C1 (en) * | 2005-06-03 | 2006-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный университет" | Multi-cell electrolyzer with bipolar electrodes for production of aluminum |
RU2006119476A (en) * | 2003-11-05 | 2007-12-20 | Дзе Юниверсити Оф Чикаго (Us) | METHOD FOR ELECTROLYTIC PRODUCTION OF ALUMINUM |
RU111540U1 (en) * | 2011-06-30 | 2011-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Легкие металлы" | ELECTROLYZER FOR ALUMINUM PRODUCTION |
-
2013
- 2013-12-19 RU RU2013156292/02A patent/RU2550683C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4529494A (en) * | 1984-05-17 | 1985-07-16 | Great Lakes Carbon Corporation | Bipolar electrode for Hall-Heroult electrolysis |
US5019222A (en) * | 1989-05-02 | 1991-05-28 | Nikko Gould Foil Co., Ltd. | Treatment of copper foil for printed circuits |
US6533909B2 (en) * | 1999-08-17 | 2003-03-18 | Moltech Invent S.A. | Bipolar cell for the production of aluminium with carbon cathodes |
RU2006119476A (en) * | 2003-11-05 | 2007-12-20 | Дзе Юниверсити Оф Чикаго (Us) | METHOD FOR ELECTROLYTIC PRODUCTION OF ALUMINUM |
RU2287026C1 (en) * | 2005-06-03 | 2006-11-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный университет" | Multi-cell electrolyzer with bipolar electrodes for production of aluminum |
RU111540U1 (en) * | 2011-06-30 | 2011-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Легкие металлы" | ELECTROLYZER FOR ALUMINUM PRODUCTION |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2696124C1 (en) * | 2018-10-03 | 2019-07-31 | Василий Андреевич Крюковский | Electrolytic cell for aluminum production |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN100451176C (en) | Method and electrowinning cell for production of metal | |
CA1164823A (en) | Electrode arrangement in a cell for manufacture of aluminum from molten salts | |
CN203938739U (en) | Electrolytic cell assembly, electrolyzer system and electrolyzer assembly | |
JPS5943890A (en) | Metal electrolytic manufacture and device | |
WO2016082726A1 (en) | Electrolysis furnace | |
WO2016124034A1 (en) | Electrolytic furnace group | |
RU2499085C1 (en) | Electrolysis unit for aluminium manufacture | |
RU111540U1 (en) | ELECTROLYZER FOR ALUMINUM PRODUCTION | |
AU2015315310A1 (en) | Systems and methods of protecting electrolysis cell sidewalls | |
CN205241811U (en) | Tombarthite fused salt electrolysis groove of liquid negative pole production rare earth metal and alloy | |
RU2550683C1 (en) | Electrolysis unit for aluminium making | |
RU2287026C1 (en) | Multi-cell electrolyzer with bipolar electrodes for production of aluminum | |
CN107541755A (en) | A kind of internal heating type fused-salt bath | |
NO332628B1 (en) | Aluminum electro recovery cells with oxygen-generating anodes | |
RU2518029C1 (en) | Electrolyser for aluminium production | |
RU2509830C1 (en) | Electrolytic cell for production of aluminium | |
RU2722605C1 (en) | Electrolysis unit for aluminum production | |
CN103993332A (en) | Energy-saving aluminium electrolysis tank and auxiliary pole thereof | |
RU2616754C1 (en) | Aluminium electrolyser with artificial crust | |
RU2449059C2 (en) | Electrolysis unit for aluminium manufacture | |
CN101949035B (en) | Novel composite graphitized deformed cathode for aluminium electrolysis | |
CN111271974A (en) | Movable carbon slag smelting furnace | |
CN104005052B (en) | A kind of single-point charging W shape aluminium cell and filling block thereof | |
RU2482224C2 (en) | Cathode device for aluminium electrolytic cell with embossed hearth | |
RU2742633C1 (en) | Method for producing aluminum by electrolysising cryolito-aluminum melts |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201220 |