RU2679224C1 - Thermochemical resistant anode for electrolysis of aluminum - Google Patents
Thermochemical resistant anode for electrolysis of aluminum Download PDFInfo
- Publication number
- RU2679224C1 RU2679224C1 RU2018112432A RU2018112432A RU2679224C1 RU 2679224 C1 RU2679224 C1 RU 2679224C1 RU 2018112432 A RU2018112432 A RU 2018112432A RU 2018112432 A RU2018112432 A RU 2018112432A RU 2679224 C1 RU2679224 C1 RU 2679224C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cap
- anode
- walls
- electrical conductor
- aluminum
- Prior art date
Links
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 26
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 25
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 37
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000003251 chemically resistant material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 6
- 239000000155 melt Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 2
- 229910001610 cryolite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N B#[Ti]#B Chemical compound B#[Ti]#B QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001649081 Dina Species 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910033181 TiB2 Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical group [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 aluminum ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000001153 fluoro group Chemical class F* 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000002445 nipple Anatomy 0.000 description 1
- 238000009856 non-ferrous metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/042—Electrodes formed of a single material
- C25B11/043—Carbon, e.g. diamond or graphene
-
- 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
- C25C3/12—Anodes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к оборудованию для производства алюминия электролизом криолито-глинозёмных расплавов, а именно к конструкции анодного устройства электролизера.The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, in particular to equipment for the production of aluminum by electrolysis of cryolite-alumina melts, and in particular to the design of the anode device of the electrolyzer.
Известен комбинированный анод электролизера для получения алюминия («Электрод для электролиза расплавов»: патент на изобретение № 4474613, Соединенные Штаты Америки, заявка № US19820342488; заявл. 25.01.1982; опубл. 02.10.1984), состоящий из верхнего металлического элемента, имеющего систему охлаждения и защитное покрытие, а также прикрепленного к этому элементу при помощи резьбового ниппеля нижнего элемента, изготовленного из расходуемого или медленно расходуемого материала.Known combined anode of the electrolyzer for producing aluminum ("Electrode for the electrolysis of melts": patent for invention No. 4474613, United States of America, application No. US19820342488; application. January 25, 1982; publ. 02.10.1984), consisting of an upper metal element having a system cooling and protective coating, as well as a lower element attached to this element by means of a threaded nipple, made of consumable or slowly consumable material.
Недостатком данного технического решения является большое электрическое сопротивление на участке контакта верхнего и нижнего элементов, возникающее при его использовании, что обуславливает высокий расход технологической электроэнергии.The disadvantage of this technical solution is the large electrical resistance in the contact area of the upper and lower elements that occurs when it is used, which leads to a high consumption of technological electricity.
Наиболее близким к заявляемому устройству является диффузионно-сваренный несъемный электрод (Диффузионно-сваренный несъемный электрод и его использование для электролитического производства металлов и кремния: патент на изобретение № 4468298, Соединенные Штаты Америки, заявка № US19820451070; заявл. 20.12.1982; опубл. 28.08.1984), который по своей сути представляет собой термохимически стойкий анод и может быть применен для электролиза алюминия. В данном аноде к подводящему электрический ток верхнему металлическому элементу присоединён при помощи диффузионной сварки нижний жаропрочный с высокой химической стойкостью элемент анода, представляющий собой изделие из металлокерамики в виде сплошного или полого цилиндра с днищем. Данное техническое решение принято за прототип.Closest to the claimed device is a diffusion-welded fixed electrode (Diffusion-welded fixed electrode and its use for the electrolytic production of metals and silicon: patent for invention No. 4468298, United States of America, application No. US19820451070; application. 20.12.1982; publ. 28.08 .1984), which in essence is a thermochemically stable anode and can be used for aluminum electrolysis. In this anode, a lower heat-resistant with high chemical resistance anode element is connected to the upper metal element supplying electric current by means of diffusion welding, which is a metal-ceramic product in the form of a solid or hollow cylinder with a bottom. This technical solution is taken as a prototype.
Недостатком прототипа является большое электрическое сопротивление нижнего элемента анода, возникающее при его использовании, что обуславливает высокий расход технологической электроэнергии.The disadvantage of the prototype is the large electrical resistance of the lower element of the anode that occurs when it is used, which leads to a high consumption of technological electricity.
Техническая проблема заключается в создании термохимически стойкого анода с низким расходом технологической электроэнергии, повышенным сроком службы анода, обеспечивающего высокую сортность первичного алюминия.The technical problem is the creation of a thermochemically stable anode with a low consumption of technological electricity, an increased service life of the anode, which ensures a high grade of primary aluminum.
Технический результат заключается в уменьшении электрического сопротивления нижнего элемента анода.The technical result is to reduce the electrical resistance of the lower element of the anode.
Технический результат достигается тем, что в термохимически стойком аноде для электролиза алюминия, включающем верхний элемент и подвешенный на нём нижний элемент, согласно изобретению нижний элемент включает тепло- и электроизоляционный грузонесущий колпак, состоящий из боковых и верхней стенок, выполненный из химически стойкого материала, и монометаллический электропроводник, размещенный внутри колпака, покрытый защитным однородным оксидным слоем, при этом колпак содержит манжет проёма в одной из стенок, а электропроводник имеет в своём составе контактную колодку, расположенную внутри манжета проёма, и распределительный токопровод, установленный над стенками колпака и соединяющий контактную колодку с верхним металлическим элементом анода.The technical result is achieved in that in a thermochemically stable anode for aluminum electrolysis, including the upper element and the lower element suspended on it, according to the invention, the lower element includes a heat and electrical insulating load-bearing cap consisting of side and upper walls made of chemically resistant material, and a monometallic electrical conductor located inside the cap, covered with a protective homogeneous oxide layer, while the cap contains cuffs of the opening in one of the walls, and the electrical conductor has the composition of the contact block located inside the cuff of the opening, and the distribution conductor installed above the walls of the cap and connecting the contact block to the upper metal element of the anode.
Тепло- и электроизоляционный грузонесущий колпак, состоящий из боковых и верхней стенок, удерживает электропроводник в висячем положении, что обеспечивает надежный электрический контакт в цепи «верхний элемент – распределительные токопроводы – контактные колодки – слой монометалла с оксидным покрытием». Это способствует снижению электрического сопротивления в нижнем элементе анода. При этом выполнение колпака из химически стойкого материала позволяет повысить срок службы анода.A heat and electrical insulating load-bearing cap, consisting of side and upper walls, holds the conductor in a hanging position, which ensures reliable electrical contact in the circuit "upper element - distribution conductors - contact pads - oxide-coated monometall". This helps to reduce the electrical resistance in the lower element of the anode. Moreover, the execution of the cap of chemically resistant material allows to increase the service life of the anode.
Выполнение покрытого оксидным слоем электропроводника, находящегося внутри колпака, монометаллическим позволяет снизить расход технологической электроэнергии за счет снижения электрического сопротивления в контакте металл – оксидный слой. При этом с целью уменьшения количества и объема образующихся в процессе электролиза газовых пузырьков и ускорения их схождения с оксидного слоя для того, чтобы снизить падение напряжения в электролито-пузырьковом слое, нижняя поверхность электропроводника может быть выполнена не горизонтальной, а например, наклонной или выпуклой, причем величина отклонений по вертикали нижних краевых точек оксидного слоя от горизонтальной плоскости, проходящей через нижние краевые точки колпака, не превышает 2 см.The implementation of a monoxide-coated electric conductor inside the cap allows the metal process to be reduced by reducing the electrical resistance in the metal-oxide layer contact. In this case, in order to reduce the number and volume of gas bubbles formed during the electrolysis and accelerate their convergence from the oxide layer in order to reduce the voltage drop in the electrolyte-bubble layer, the lower surface of the electrical conductor can be made not horizontal, but, for example, inclined or convex, moreover, the vertical deviations of the lower edge points of the oxide layer from the horizontal plane passing through the lower edge points of the cap do not exceed 2 cm.
Покрытие электропроводника защитным однородным оксидным слоем, имеющим прочное сцепление с поверхностью монометалла, соприкасающимся с нижними кромками боковых стенок колпака, позволяет увеличить срок службы анода, сократить расход технологической электроэнергии и повысить качество получаемого алюминия.Coating the conductor with a protective homogeneous oxide layer, which has strong adhesion to the surface of the monometall in contact with the lower edges of the side walls of the cap, allows you to increase the service life of the anode, reduce the consumption of process energy and improve the quality of the resulting aluminum.
Применение контактной колодки, а также размещение над стенками колпака распределительного токопровода, соединяющего контактную колодку с верхним металлическим элементом анода, способствует эффективному распределению токовой нагрузки в электропроводнике.The use of a contact block, as well as the placement of a distribution conductor above the cap walls connecting the contact block to the upper metal element of the anode, contributes to the effective distribution of the current load in the electrical conductor.
Смещение наружу нижней части боковой стенки колпака и скрепление её с верхней частью посредством дополнительной стенки увеличивает площадь горизонтального сечения низа электропроводника, что снижает электрическое сопротивление в аноде и сокращает потери технологической электроэнергии.The outward movement of the lower part of the side wall of the cap and its fastening to the upper part by means of an additional wall increases the horizontal sectional area of the bottom of the conductor, which reduces the electrical resistance in the anode and reduces the loss of process electricity.
Оснащение верхней или дополнительной стенки колпака манжетом проёма позволяет сократить теплопотери и, соответственно, снизить расход технологической электроэнергии.Equipping the upper or additional cap wall with an opening cuff allows reducing heat loss and, accordingly, reducing the consumption of technological electricity.
Размещение внутри колпака грузонесущей перегородки позволяет правильно распределить электрический ток в электропроводнике и дополнительно снизить падение напряжения в защитном оксидном слое.Placing the load-bearing partition inside the hood allows you to correctly distribute the electric current in the electrical conductor and further reduce the voltage drop in the protective oxide layer.
Установка временной токопроводящей подставочной пластины, вплотную прижатой к нижним кромкам боковых стенок колпака и профилированной соответственно форме поверхности оксидного слоя электропроводника, способствует правильному распределению электрического тока и равномерному нагреву анода при обжиге подины и пуске катодного, а также анодного устройств электролизера.The installation of a temporary conductive stand plate, closely pressed against the lower edges of the side walls of the cap and profiled accordingly to the surface shape of the oxide layer of the electric conductor, contributes to the correct distribution of electric current and uniform heating of the anode when firing the hearth and starting the cathode as well as the anode of the electrolyzer.
Выполнение открытой или герметической полости в стенках колпака или между электропроводником и стенкой колпака, заполненной теплоизоляционным материалом или атмосферным, разреженным, сжатым воздухом или металлом, позволяет осуществлять эффективное регулирование режима энергообмена, оптимизацию технологического режима работы анода и применение иных технических приемов.The implementation of an open or airtight cavity in the walls of the cap or between the electrical conductor and the wall of the cap filled with insulating material or atmospheric, rarefied, compressed air or metal, allows for efficient regulation of the energy exchange mode, optimization of the technological mode of operation of the anode and the use of other techniques.
Выполнение электропроводника с фланцем, соприкасающимся с защитным оксидным слоем и нижней частью боковой стенки колпака, позволяет уменьшить электрическое сопротивление нижнего элемента анода за счет увеличения площади горизонтальных сечений анода.The implementation of the electrical conductor with a flange in contact with the protective oxide layer and the lower part of the side wall of the cap, allows to reduce the electrical resistance of the lower element of the anode by increasing the horizontal area of the anode.
Настоящее изобретение поясняется чертежом, где на фиг. изображен термохимически стойкий анод для электролиза алюминия, вид в разрезе.The present invention is illustrated in the drawing, where in FIG. shows a thermochemically stable anode for aluminum electrolysis, a sectional view.
Термохимически стойкий анод для электролиза алюминия включает верхний элемент 1, выполненный из металла, служащий для подвески нижнего элемента и подвода тока к нему. Жаропрочный нижний элемент включает тепло- и электроизоляционный грузонесущий колпак и монометаллический электропроводник 2, покрытый защитным оксидным слоем 3. Электропроводник 2 может быть выполнен из титана с низким содержанием примесей, а защитный оксидный слой 3 может быть выполнен из оксида никеля. Толщина оксидного слоя 3 составляет 1,5 * 10-6 – 3,5 * 10-1 см. Колпак состоит из теплоизолированных верхней 5 и боковых 4 стенок, служащих для подвески электропроводника 2. Составные части колпака могут быть выполнены из различных металлов и химически стойких материалов с высоким электрическим сопротивлением. Так, верхние части боковых стенок 4 и верхняя стенка 5 могут быть выполнены из жаропрочной стали и покрыты динасовыми огнеупорами, а нижние части боковых стенок 4 могут быть выполнены из карбидов. Кроме того, колпак может иметь дополнительную стенку 6, скрепляющую нижнюю смещенную наружу часть боковой стенки 4 с её верхней частью, а внутри колпака может быть размещена грузонесущая перегородка 7, которая может быть выполнена в виде пластины или трубы.A thermochemically stable anode for aluminum electrolysis includes an
В верхней стенке 5 или в дополнительной стенке 6 колпака могут быть выполнены манжеты проёмов 8, внутри которых размещены контактные колодки 9. При этом, между верхним элементом 1 анода и контактными колодками 9 размещены распределительные токопроводы 10.In the
Внутри верхней 5 или одной из боковых 4 стенок колпака, а также между верхней 5 или между одной из боковых 4 стенок и электропроводником 2 выполнены полости 11. Электропроводник имеет фланцы 12, соприкасающиеся с нижней частью боковых стенок 4 колпака и покрытые защитным оксидным слоем 3 с низким содержанием примесей.
В начальный период применения предлагаемой конструкции анода колпак может быть дополнительно оснащен временной токопроводящей подставочной пластиной (не показана на чертеже), вплотную прижатой к нижним кромкам его боковых стенок 4 и профилированной соответственно форме поверхности оксидного слоя 3 электропроводника 2.In the initial period of application of the proposed design of the anode, the cap can be additionally equipped with a temporary conductive stand plate (not shown in the drawing), closely pressed to the lower edges of its
Колпак включает держатели 13, прикрепленные к его боковым 4 и/или верхней 5 стенкам и к верхнему элементу 1 анода, служащие для подвески нижнего элемента анода.The cap includes
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Агрегатом для электролитического получения алюминия является электролизёр, состоящий из трех основных частей: катодного устройства, анодной системы и токопроводящей ошиновки.The unit for the electrolytic production of aluminum is an electrolyzer consisting of three main parts: a cathode device, an anode system and a conductive busbar.
Катодное устройство представляет собой шахту, выполненную из теплоизолированных углеродных подовых и бортовых блоков, заключенных в металлический кожух.The cathode device is a shaft made of heat-insulated carbon hearth and side blocks enclosed in a metal casing.
Основными частями анодной системы являются несколько отдельных верхних металлических элементов анода, каждый из которых выполнен в виде вертикально расположенной штанги, удерживающей нижний токопроводящий жаропрочный элемент в виде блока в висячем положении. Размеры нижнего элемента анода зависят от мощности электролизёра и принятой для него плотности тока, то есть удельной амперной нагрузки на единицу площади анода.The main parts of the anode system are several separate upper metal elements of the anode, each of which is made in the form of a vertically arranged rod holding the lower conductive heat-resistant element in the form of a block in a hanging position. The dimensions of the lower element of the anode depend on the power of the cell and the current density adopted for it, that is, the specific ampere load per unit area of the anode.
Подвод постоянного электрического тока к анодной системе осуществляется с помощью анодной ошиновки.The supply of direct electric current to the anode system is carried out using the anode busbar.
Отвод тока от подины катода осуществляется по катодным шинам.Current is removed from the cathode bottom through cathode buses.
В шахту подготавливаемого к пуску электролизёра заливают жидкий алюиминий и поверх его заливают расплавленный криолит (Na3AlF6) с добавками фторсолей.Liquid aluminum is poured into the shaft of the cell to be prepared for start-up and molten cryolite (Na 3 AlF 6 ) with fluorine salts is added over it.
Анод опускают в криолито-глинозёмный расплав и устанавливают расстояние от нижней поверхности анода до поверхности катодного алюминия 3,5 – 5,5 см, при этом с электролитом соприкасаются только оксидный слой 3 электропроводника 2 и наружные поверхности нижних частей боковых стенок 4 герметического колпака.The anode is lowered into the cryolite-alumina melt and the distance from the lower surface of the anode to the surface of the cathode aluminum is set to 3.5 - 5.5 cm, while only the
На подключенном к источнику тока электролизере от анодных шин ток поступает к верхнему элементу 1 анода, соединенному с распределительным токопроводом 10 нижнего элемента анода. По контактной колодке 9, примкнутой к токопроводу 10, и остальной монометаллической части электропроводника 2 ток подходит к защитному оксидному слою 3, соприкасающемуся с электролитом, в который периодически загружают порошкообразный глинозём (Al2O3). Оксиды алюминия растворяются в криолито-глиноземном расплаве, образуя положительно заряженные ионы трехвалентного алюминия и отрицательно заряженные оксифторидные комплексные ионы. Катионы движутся к катоду и присоединяют к себе электроны, превращаясь в атомы алюминия. Анионы независимо от их строения движутся к аноду (к поверхности оксидного слоя 3 электропроводника 2) и отдают избыточные электроны, выделяя атомарный и молекулярный кислород в виде газовых пузырьков. Схождение пузырьков с горизонтально расположенной нижней поверхности анода (поверхности оксидного слоя 3 электропроводника 2) и подъем их на поверхность электролита происходит тогда , когда крупные пузырьки, сформировавшиеся вследствие увеличения объема и слияния мелких пузырьков, достигают кромки анода. On the electrolyzer connected to the current source from the anode buses, the current flows to the
Изобретение поясняется примером.The invention is illustrated by example.
Испытания малогабаритного образца заявляемого устройства проводили в течение 23 суток на крупнолабораторном алюминиевом электролизере с углеродным самообжигающимся анодом и верхним токоподводом на силу тока 6,1 кА. Tests of a small sample of the claimed device was carried out for 23 days on a large-sized aluminum electrolyzer with a carbon self-firing anode and an upper current lead for a current of 6.1 kA.
Колпак данного образца изготовлен из диборида титана, а электропроводник изготовлен из железа, нижняя поверхность которого покрыта слоем толщиной 1,4 * 10-1 см., состоящим из корунда (α-Al2O3).The cap of this sample is made of titanium diboride, and the electrical conductor is made of iron, the lower surface of which is covered with a layer thickness of 1.4 * 10 -1 cm, consisting of corundum (α-Al 2 O 3 ).
При пропускании через образец предлагаемого анода постоянного электрического тока плотностью 0,82 а/см2 и температуре криолито-глинозёмного расплава 970-975 °C на поверхности защитного оксидного слоя, обладающего электрохимической активностью, происходит разряд анионов и выделение кислорода.When a direct electric current with a density of 0.82 a / cm 2 and a temperature of cryolite-alumina melt of 970-975 ° C is passed through a sample of the proposed anode on the surface of the protective oxide layer having electrochemical activity, anion discharge and oxygen evolution occur.
В результате исследований установлено, что толщина, площадь, рельеф оксидного слоя электропроводника, зафиксированные до и после испытаний малогабаритного образца заявляемого устройства, не изменились. Это обусловлено тем, что в процессе электролиза однородный (с низким содержанием примесей) труднорастворимый в криолите прочный корундовый слой электропроводника не расходуется или расходуется медленно в связи с тем, что электролито-пузырьковый слой насыщен громоздкими оксифторидными комплексными анионами, O2, O и в прианодном слое концентрация анионов AlF6 3-, являющихся растворителем окислов, незначительная.As a result of the studies, it was found that the thickness, area, topography of the oxide layer of the electrical conductor, recorded before and after testing a small sample of the inventive device, have not changed. This is due to the fact that during the electrolysis, a homogeneous corundum layer of an electroconductor that is hardly soluble in cryolite and is hardly consumed or is consumed slowly due to the fact that the electrolyte-bubble layer is saturated with bulky oxyfluoride complex anions, O 2 , O and in the anode layer concentration of AlF 6 3- anions, which are a solvent of oxides, is insignificant.
В Таблице приведены величины себестоимости производства алюминия, рассчитанные на основании результатов испытаний малогабаритного образца термохимически стойкого анода, в сравнении с величинами себестоимости получения алюминия, относящимися к применению прототипа (металлокерамического анода).The table shows the cost of production of aluminum, calculated on the basis of the test results of a small sample of a thermochemically stable anode, in comparison with the cost of producing aluminum related to the use of the prototype (ceramic-metal anode).
Таблица – себестоимость производства алюминияTable - the cost of production of aluminum
Практическое применение предлагаемой конструкции анода выгодно, так как повышаются технико-экономические показатели производства алюминия и улучшается экология.The practical application of the proposed anode design is beneficial, as the technical and economic indicators of aluminum production are improved and the ecology is improved.
Использование заявляемого устройства при температуре электролита 920-970 °C даёт по сравнению с прототипом следующие преимущества: электрическое сопротивление нижнего элемента существенно снижается и уменьшается содержание примесей в первичном алюминии, а также увеличивается продолжительность эксплуатации анода.The use of the inventive device at an electrolyte temperature of 920-970 ° C gives the following advantages compared to the prototype: the electrical resistance of the lower element is significantly reduced and the content of impurities in the primary aluminum is reduced, as well as the duration of operation of the anode.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018112432A RU2679224C9 (en) | 2018-04-06 | 2018-04-06 | Thermochemical resistant anode for electrolysis of aluminum |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018112432A RU2679224C9 (en) | 2018-04-06 | 2018-04-06 | Thermochemical resistant anode for electrolysis of aluminum |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2679224C1 true RU2679224C1 (en) | 2019-02-06 |
| RU2679224C9 RU2679224C9 (en) | 2019-02-13 |
Family
ID=65273789
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018112432A RU2679224C9 (en) | 2018-04-06 | 2018-04-06 | Thermochemical resistant anode for electrolysis of aluminum |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2679224C9 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2727384C1 (en) * | 2019-12-23 | 2020-07-21 | Михаил Константинович Кулеш | Thermochemically stable anode for aluminum electrolysis |
| RU2734512C1 (en) * | 2020-06-09 | 2020-10-19 | Михаил Константинович Кулеш | Thermochemically stable anode for aluminum electrolysis |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4468298A (en) * | 1982-12-20 | 1984-08-28 | Aluminum Company Of America | Diffusion welded nonconsumable electrode assembly and use thereof for electrolytic production of metals and silicon |
| SU1708936A1 (en) * | 1989-02-17 | 1992-01-30 | Братский алюминиевый завод | Self-baking anode of aluminium electrolyzer with upper current lead |
| RU2037567C1 (en) * | 1992-05-26 | 1995-06-19 | Сибирский научно-исследовательский конструкторский и проектный институт алюминиевой, магниевой и электродной промышленности | Anode assembly of aluminium electrolyzer with top current lead |
| US5683559A (en) * | 1994-09-08 | 1997-11-04 | Moltech Invent S.A. | Cell for aluminium electrowinning employing a cathode cell bottom made of carbon blocks which have parallel channels therein |
| RU2157429C2 (en) * | 1998-11-30 | 2000-10-10 | Открытое акционерное общество "Братский алюминиевый завод" | Anode unit of aluminum electrolyzer with self-baking anode |
| RU2408743C1 (en) * | 2009-05-21 | 2011-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" (ООО "РУСАЛ ИТЦ") | Inert anode of electrolyser for production of aluminium |
-
2018
- 2018-04-06 RU RU2018112432A patent/RU2679224C9/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4468298A (en) * | 1982-12-20 | 1984-08-28 | Aluminum Company Of America | Diffusion welded nonconsumable electrode assembly and use thereof for electrolytic production of metals and silicon |
| SU1708936A1 (en) * | 1989-02-17 | 1992-01-30 | Братский алюминиевый завод | Self-baking anode of aluminium electrolyzer with upper current lead |
| RU2037567C1 (en) * | 1992-05-26 | 1995-06-19 | Сибирский научно-исследовательский конструкторский и проектный институт алюминиевой, магниевой и электродной промышленности | Anode assembly of aluminium electrolyzer with top current lead |
| US5683559A (en) * | 1994-09-08 | 1997-11-04 | Moltech Invent S.A. | Cell for aluminium electrowinning employing a cathode cell bottom made of carbon blocks which have parallel channels therein |
| RU2157429C2 (en) * | 1998-11-30 | 2000-10-10 | Открытое акционерное общество "Братский алюминиевый завод" | Anode unit of aluminum electrolyzer with self-baking anode |
| RU2408743C1 (en) * | 2009-05-21 | 2011-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" (ООО "РУСАЛ ИТЦ") | Inert anode of electrolyser for production of aluminium |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2679224C9 (en) | 2019-02-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3960678A (en) | Electrolysis of a molten charge using incomsumable electrodes | |
| US3930967A (en) | Process for the electrolysis of a molten charge using inconsumable bi-polar electrodes | |
| AU2017203090B2 (en) | Systems and methods of protecting electrolysis cells | |
| WO2016082726A1 (en) | Electrolysis furnace | |
| AU2014248631B2 (en) | Systems and methods of protecting electrolysis cell sidewalls | |
| US4098651A (en) | Continuous measurement of electrolyte parameters in a cell for the electrolysis of a molten charge | |
| WO2016124034A1 (en) | Electrolytic furnace group | |
| RU2679224C1 (en) | Thermochemical resistant anode for electrolysis of aluminum | |
| CA2960605C (en) | Systems and methods of protecting electrolysis cell sidewalls | |
| US4247381A (en) | Facility for conducting electrical power to electrodes | |
| RU2499085C1 (en) | Electrolysis unit for aluminium manufacture | |
| CN103993332B (en) | A kind of energy-saving aluminum cell and its interpole | |
| RU2734512C1 (en) | Thermochemically stable anode for aluminum electrolysis | |
| CN113737225A (en) | Lining structure and rare earth metal fused salt electrolytic cell adopting same | |
| CN103510113A (en) | Semi-vertical cathode-anode energy-saving aluminum electrolysis cell | |
| RU2696124C1 (en) | Electrolytic cell for aluminum production | |
| RU2722605C1 (en) | Electrolysis unit for aluminum production | |
| RU2727384C1 (en) | Thermochemically stable anode for aluminum electrolysis | |
| LÜ et al. | Numerical simulation of coupled thermo-electrical field for 20 kA new rare earth reduction cell | |
| US4351057A (en) | Electric installation for heating of molten metals and/or salts and solutions | |
| RU2449059C2 (en) | Electrolysis unit for aluminium manufacture | |
| US3736244A (en) | Electrolytic cells for the production of aluminum | |
| RU2509830C1 (en) | Electrolytic cell for production of aluminium | |
| RU2742633C1 (en) | Method for producing aluminum by electrolysising cryolito-aluminum melts | |
| JPH05247679A (en) | Electrode for fused salt electrolysis of aluminum and electrolysis method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TH4A | Reissue of patent specification |