RU2686408C1 - Способ электролитического получения алюминия - Google Patents
Способ электролитического получения алюминия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2686408C1 RU2686408C1 RU2018122472A RU2018122472A RU2686408C1 RU 2686408 C1 RU2686408 C1 RU 2686408C1 RU 2018122472 A RU2018122472 A RU 2018122472A RU 2018122472 A RU2018122472 A RU 2018122472A RU 2686408 C1 RU2686408 C1 RU 2686408C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum
- electrolyte
- cryolite
- electrolyzer
- mixture
- 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
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
Изобретение относится к получению алюминия электролизом криолит-глиноземного расплава. Способ включает загрузку на этапе пуска электролизера в качестве электролита смеси криолита со фторидом алюминия с содержанием фторида алюминия от 25 до 35 мас.%. Обеспечивается сокращение времени пуска электролизера и повышение эффективности процессов температуро- и теплопередачи для дальнейшего плавления электролита. 1 табл.
Description
Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности, к получению алюминия электролизом криолит-глиноземного расплава.
Несмотря на множественные разработки, направленные на улучшение технологического процесса электролитического получения алюминия, изобретенный еще в 19 веке способ по-прежнему является одним из самых энергозатратных и неэффективных. На современных заводах для получения тонны алюминия расходуется 13-16 МВт⋅ч электроэнергии на тонну алюминия, причем непосредственно на электролиз расходуется не более 40 % этой электроэнергии. В связи с этим, в настоящее время крупными производственными компаниями и научными организациями преимущественно проводятся научно-практические исследования, направленные на снижение тепловых потерь при запуске и в ходе работы электролизера. Известно, что величина тепловых потерь в значительной степени определяется выбором состава, так называемого пускового электролита и условиями пуска электролизера для получения алюминия, при этом состав пусковых электролитов можно разделить на 3 типа: кислые, щелочные и нейтральные [1-3]. Преимуществом кислых электролитов является относительно низкая температура плавления, и пониженный риск образования трещин в графитовой подине, а к недостаткам - более глубокое проникновение электролита вглубь графитовой подины, что приводит к повышению вероятности проникновения натрия и ее разрушению.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ электролитического получения алюминия [4], в котором для запуска электролизера и электролиза используют кислый электролит, содержащий криолит (Na3AlF6), с содержанием фторида алюминия в количестве 8-12 мас. %. Соотношение [NaF]/[AlF3] такого электролита составляет 2,6-2,7 мол/мол, температура ликвидуса не менее 960°С. Согласно фазовой диаграмме Na3AlF6-AlF3 [5], при нагревании данной солевой смеси при температуре 740°С появляется жидкая фаза, которая способствует усилению конвекции, увеличению ее тепло- и температуропроводности, что сокращает потребление электроэнергии (энергозатраты) на нагрев электролита до температуры плавления.
Задачей изобретения является снижение энергозатрат на стадии нагрева электролита при сохранении условий формирования гарнисажа.
Для ее решения предложен способ получения алюминия, в котором, как и в прототипе, на этапе пуска в электролизер загружают электролит, содержащий смесь криолита (Na3AlF6) со фторидом алюминия (AlF3). Способ отличается тем, что в электролизер загружают смесь криолита со фторидом алюминия, с содержанием фторида алюминия от 25 до 35 мас. %.
В отличие от пускового электролита прототипа появление жидкой фазы в солевой смеси заявляемого способа происходит при температуре 690°С (температура солидуса – Тсол), что на 50°С ниже, что позволяет сократить энергозатраты на стадии нагрева электролита до 16 %. При этом энергозатраты и время, требуемые на дальнейшие операции в ходе пуска электролизера (плавление электролита, корректировка состава электролита) по заявляемому способу практически сопоставимы со способом-прототипом.
Технический результат, достигаемый заявленным способом, заключается в сокращении времени пуска электролизера и повышении эффективности процессов температуро- и теплопередачи для дальнейшего плавления электролита.
Заявляемый способ иллюстрируется таблицей (см. графическую часть), где приведены экспериментальные данные по температурам солидуса и времени нагрева пусковых электролитов прототипа и заявленного способа до температуры солидуса и до температуры 980°С.
Для иллюстрации заявленного способа выполнены эксперименты по выявлению температур солидуса (Тсол) пусковых электролитов известного и заявленного способов. Также определено время достижения температуры солидуса и время, необходимое для полного плавления электролита при прочих равных условиях (980°С).
Эксперименты по пуску лабораторного электролизера проводили следующим образом. Электролизер для получения алюминия представлял собой графитовый тигель, экранированный снаружи графитовой крошкой и корундовым контейнером. В графитовый тигель загружали смесь криолита и фторида алюминия общей массой 200 г. Составы электролита с различным содержанием фторида алюминия приведены в таблице. Электролизер размещали в печи сопротивления при температуре 25°С. С целью улучшения теплоизоляции графитовый тигель закрывали графитовой крышкой, в которой размещали платина-платина-родиевую термопару, одновременно погруженную в солевую смесь. Далее производили нагрев печи с лабораторным электролизером по программе: нагрев от 25 до 1000°С за 120 мин и выдержка при 1000°С в течение 120 мин. Для этого использовали терморегулятор Варта ТП-710 и задающую платина-платина-родиевую термопару.
В ходе нагрева печи и выдержки в постоянном режиме фиксировали и записывали изменение температуры смеси криолита со фторидом алюминия во времени при помощи, опущенной в смесь термопары и термопарного модуля USB-ТС01 (National Instruments, США). Из полученных зависимостей температура-время с точностью ± 2°С определяли температуру солидуса солевой смеси, время нагрева смеси до температуры солидуса и время нагрева смеси от температуры солидуса до температуры 980°С.
Из полученных результатов, которые приведены в таблице, можно сделать следующие выводы:
- температура солидуса пусковых электролитов заявленного способа в среднем на 39-40°С аналогичной температуры электролитов прототипа;
- время нагрева электролитов заявленного способа до температуры солидуса сокращается на 35-40 мин при прочих равных условиях (объем электролита, объем и размеры электролизера, режим нагрева печи с электролизером);
- время нагрева электролитов заявленного способа от температуры солидуса до полного плавления (980ºС) также сокращается на 24-25 мин.
Сокращение времени нагрева электролитов заявленного способа до температуры солидуса на 35-40 мин приводит к сокращению энергозатрат на нагрев на 0,84-0,96 МВт/кг электролита, что в процентном отношении составляет до 16 %.
Полученные результаты были сопоставлены с результатами термогравиметрических измерений, сопряженных с дифференциальной сканирующей калориметрией. В целом, температуры солидуса исследуемых составов совпадают в пределах ± 1°С, в то время как время нагрева электролитов, ввиду малого объема, существенно ниже.
Таким образом, заявленный способ позволяет снизить энергозатраты на стадии нагрева электролита.
Источники информации
1. Thonstad J., Fellner P., Haarberg G.M., Hives J., Kvande H., Sterten A. Aluminium Electrolysis. Fundamentals of the Hall-Heroult Process. 3 ed. Dusseldorf, Aluminium-Verlag Marketing & Kommunikation GmbH, 2001, 354 p.
2. Sorlie M., Oye H. Cathodes in aluminium electrolysis. 3rd ed. Dusseldorf: Aluminium-Verlag Marketing and Kommunikation GmbH, 2010. 650 p.
3. Громов Б.С., Панов Е.Н., Боженко М.Ф., Васильченко Г.Н., Карвацкий А.Я., Шилович И.Л. Обжиг и пуск алюминиевых электролизеров. Москва: ИД «Руда и Металлы», 2001.
4. US 5114545, публ. 19.05.1992.
5. Foster P. Journal of the American Ceramic Society, 1970, Vol. 53, pp. 598-600.
Claims (2)
-
- Способ электролитического получения алюминия, включающий загрузку в электролизер на этапе пуска электролита, содержащего смесь криолита (Na3AlF6) со фторидом алюминия (AlF3), и проведение электролиза в ванне расплава электролита с электролитическим разложением глинозема до металлического алюминия, отличающийся тем, что содержание фторида алюминия в загружаемой в электролизер смеси криолита со фторидом алюминия составляет от 25 до 35 мас.%.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018122472A RU2686408C1 (ru) | 2018-06-20 | 2018-06-20 | Способ электролитического получения алюминия |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018122472A RU2686408C1 (ru) | 2018-06-20 | 2018-06-20 | Способ электролитического получения алюминия |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2686408C1 true RU2686408C1 (ru) | 2019-04-25 |
Family
ID=66314595
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018122472A RU2686408C1 (ru) | 2018-06-20 | 2018-06-20 | Способ электролитического получения алюминия |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2686408C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2812159C1 (ru) * | 2022-08-02 | 2024-01-24 | Акционерное общество "СЕФКО" | Способ получения алюминия электролизом раствора глинозема в криолите |
WO2024030044A1 (ru) * | 2022-08-02 | 2024-02-08 | Владислав Владимирович ФУРСЕНКО | Способ получения алюминия электролизом раствора глинозема в криолите |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5114546A (en) * | 1987-09-23 | 1992-05-19 | Hoechst Aktiengesellschaft | Process for the preparation of fluorinated acrylic acids and derivatives thereof |
RU2318924C2 (ru) * | 2002-10-18 | 2008-03-10 | Мольтех Инвент С.А. | Электролизеры для получения алюминия электролизом с анодами на основе металлов |
US8936710B2 (en) * | 2012-05-23 | 2015-01-20 | Shenzhen Sunxing Light Alloys Materials Co., Ltd. | Low-molecular-ratio cryolite for aluminium electrolytic industry and method for preparing the same |
RU2607308C2 (ru) * | 2011-05-25 | 2017-01-10 | Рио Тинто Алкан Интернэшнл Лимитед | Сухой запуск электролизера для производства алюминия |
-
2018
- 2018-06-20 RU RU2018122472A patent/RU2686408C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5114546A (en) * | 1987-09-23 | 1992-05-19 | Hoechst Aktiengesellschaft | Process for the preparation of fluorinated acrylic acids and derivatives thereof |
RU2318924C2 (ru) * | 2002-10-18 | 2008-03-10 | Мольтех Инвент С.А. | Электролизеры для получения алюминия электролизом с анодами на основе металлов |
RU2607308C2 (ru) * | 2011-05-25 | 2017-01-10 | Рио Тинто Алкан Интернэшнл Лимитед | Сухой запуск электролизера для производства алюминия |
US8936710B2 (en) * | 2012-05-23 | 2015-01-20 | Shenzhen Sunxing Light Alloys Materials Co., Ltd. | Low-molecular-ratio cryolite for aluminium electrolytic industry and method for preparing the same |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2812159C1 (ru) * | 2022-08-02 | 2024-01-24 | Акционерное общество "СЕФКО" | Способ получения алюминия электролизом раствора глинозема в криолите |
WO2024030044A1 (ru) * | 2022-08-02 | 2024-02-08 | Владислав Владимирович ФУРСЕНКО | Способ получения алюминия электролизом раствора глинозема в криолите |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103741171A (zh) | 一种铝液-熔盐法生产铝锆合金的方法 | |
RU2686408C1 (ru) | Способ электролитического получения алюминия | |
Gunnarsson et al. | Aluminum electrolysis with multiple vertical non-consumable electrodes in a low temperature electrolyte | |
Tkacheva et al. | Electrolyte viscosity and solid phase formation during aluminium electrolysis | |
Tkacheva et al. | Solid phase formation during aluminium electrolysis | |
Kulikov et al. | Preparation of Aluminum-Scandium Master Alloys by Aluminothermal Reduction of Scandium Fluoride Extracted from Sc 2 O 3 | |
US20150203978A1 (en) | Method for preparing an electrolyte and an electrolyte replenishment system during aluminum electrolysis process | |
Bearne et al. | Essential Readings in Light Metals, Volume 2, Aluminum Reduction Technology | |
Beck | Production of aluminum with low temperature fluoride melts | |
Šimko et al. | Density of the systems (NaF/AlF 3)—AlPO 4 and (NaF/AlF 3)—NaVO 3 | |
CN105803490B (zh) | 一种用于铝电解的电解质组合物 | |
RU2621207C1 (ru) | Способ получения сплава на основе алюминия и устройство для осуществления способа | |
Tao et al. | Cathodic electrochemical behavior in Na 3 AlF 6-Al 2 O 3-LiF-based melts at tungsten electrode with various cryolite ratios | |
Liu et al. | Preparation of Al-Si master alloy by electrochemical reduction of fly ash in molten salt | |
RU2394927C2 (ru) | Способ получения титансодержащего алюминиевого сплава | |
Ivanova et al. | Formation of side ledge and bottom ledge in an aluminum electrolyzer | |
Haarberg | The current efficiency for aluminium deposition from molten fluoride electrolytes with dissolved alumina | |
Demirci et al. | Collection of magnesium in an Mg–Pb alloy cathode placed at the bottom of the cell in MgCl2 electrolysis | |
RU2599312C1 (ru) | Электролитический способ непрерывного получения алюминиевого сплава со скандием | |
Wang et al. | Electrochemical Behavior of Cermet Anodes in Na 3 AlF 6-K 3 AlF 6-Based Low-Melting Electrolytes for Aluminium Electrolysis | |
HAARBERG | Electrowinning of Aluminum—Challenges and Possibilities for Reducing the Carbon Footprint— | |
Cui et al. | The Performance of Aluminium Electrolysis in Cryolite Based Electrolytes Containing LiF, KF and MgF 2 | |
Lu et al. | The corrosion performance of a binary Cu-Ni alloy used as an anode for aluminum electrolysis | |
Ødegård | On the solubility of aluminum carbide in cryolitic melts | |
Yanqing et al. | Liquidus temperatures of the system Na 3 AlF 6-K 3 AlF 6-AlF 3 |