RU2694860C1 - Method of controlling content of alumina during electrolysis of cryolite-alumina melt - Google Patents
Method of controlling content of alumina during electrolysis of cryolite-alumina melt Download PDFInfo
- Publication number
- RU2694860C1 RU2694860C1 RU2018137170A RU2018137170A RU2694860C1 RU 2694860 C1 RU2694860 C1 RU 2694860C1 RU 2018137170 A RU2018137170 A RU 2018137170A RU 2018137170 A RU2018137170 A RU 2018137170A RU 2694860 C1 RU2694860 C1 RU 2694860C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alumina
- cryolite
- melt
- concentration
- anode
- Prior art date
Links
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 91
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 abstract description 22
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 22
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 10
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 9
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 3
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 2
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910021397 glassy carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K Aluminium flouride Chemical class F[Al](F)F KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000712 Boron steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009626 Hall-Héroult process Methods 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 208000024780 Urticaria Diseases 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 229910001610 cryolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- -1 ferrous metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 210000003625 skull Anatomy 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000002341 toxic gas Substances 0.000 description 1
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
- C25C3/20—Automatic control or regulation of cells
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 металлургии цветных металлов, в частности, к получению алюминия электролизом криолит-глиноземного расплава.The invention relates to the metallurgy of non-ferrous metals, in particular, to the production of aluminum by the electrolysis of cryolite-alumina melt.
Алюминий преимущественно получают путем электролитического разложения глинозема (Al2O3), растворенного в криолит-глиноземном расплаве при температуре 950-1000 ºС с использованием углеродных анодов [1]. Основными недостатками способа являются:Aluminum is mainly produced by the electrolytic decomposition of alumina (Al 2 O 3 ) dissolved in a cryolite-alumina melt at a temperature of 950-1000 ºС using carbon anodes [1]. The main disadvantages of the method are:
- высокие энергозатраты, из которых более половины тратится на разогрев электролизера с криолит-глиноземным расплавом, а также окружающего пространства;- high energy consumption, of which more than half is spent on heating the electrolyzer with cryolite-alumina melt, as well as the surrounding space;
- высокий расход углеродных анодов по причине химического и электрохимического окисления, приводящий к значительным объемам выделяющихся парниковых, а также отравляющих газов.- high consumption of carbon anodes due to chemical and electrochemical oxidation, leading to significant amounts of greenhouse gases emitted, as well as toxic gases.
В качестве одного из способов снижения энергетических потерь при производстве алюминия является повышение мощности электролизеров. Если в настоящее время алюминий производится в электролизерах на силу тока от 150 до 350 кА, то в научно-технической литературе присутствуют работы по математическому моделированию электролизеров на силу тока до 750 кА. Однако большая токовая нагрузка требует для достижения стабильности электролитического получения алюминия более точного и оперативного управления процессом. As one of the ways to reduce energy losses in the production of aluminum is to increase the power of electrolyzers. If at present aluminum is produced in electrolysers for a current of 150 to 350 kA, then in the scientific and technical literature there are works on mathematical modeling of electrolyzers for current up to 750 kA. However, a large current load requires, in order to achieve the stability of electrolytic production of aluminum, a more accurate and efficient process control.
Минимизация энергозатрат и расхода углеродных анодов во многом определяется компонентным составом криолит-глиноземного расплава. В частности, при заданном технологическим регламентом и легко поддерживаемом соотношении фторидов натрия и алюминия, основным параметром становится содержание глинозема в криолит-глиноземном расплаве электролизера. Оно определяет величины электропроводности расплава и анодного перенапряжения, которые являются переменными составляющими падения напряжения в электролизере. Преимущественно при электролизе криолит-глиноземных расплавов принято поддерживать содержание глинозема в диапазоне от 2 до 4 мас. %. Содержание в данном диапазоне позволяет вести электролиз при оптимальном соотношении электропроводности и анодного перенапряжения.Minimization of energy consumption and consumption of carbon anodes is largely determined by the component composition of the cryolite-alumina melt. In particular, given the technological regulations and the easily maintained ratio of sodium and aluminum fluorides, the alumina content in the cryolite-alumina melt of the electrolyzer becomes the main parameter. It determines the magnitude of the electrical conductivity of the melt and anode overvoltage, which are the variable components of the voltage drop in the electrolyzer. Advantageously, during electrolysis of cryolite-alumina melts, it is customary to maintain the alumina content in the range from 2 to 4 wt. % The content in this range allows you to conduct electrolysis at the optimum ratio of electrical conductivity and anodic overvoltage.
В рамках промышленного использования известен способ контроля процесса электролитического получения алюминия, включающий периодическую загрузку глинозема в криолит-глиноземный расплав при электролизе с помощью системы автоматической подачи глинозема (далее АПГ), настроенной на изменение напряжения между анодом и катодом электролизера, либо на определенную скорость подачи глинозема в зависимости от силы тока на электролизере [2, 3]. Различные вариации такого способа достаточно хорошо отработаны на промышленных предприятиях, однако заданный алгоритм работы АПГ не позволяет разделить составляющие падения напряжения на электролизере и, соответственно, не позволяет оптимизировать скорость и моменты подачи глинозема в криолит-глиноземный расплав. Это приводит к снижению стабильности и энергоэффективности процесса электролитического получения алюминия за счет большей вероятности зашламления электролизера, снижения катодного выхода по току, необходимости проведения дополнительных мероприятий по удалению избыточного глинозема и снижению срока эксплуатации электролизеров.As part of industrial use, a method for controlling the process of electrolytic production of aluminum is known, including the periodic loading of alumina into cryolite-alumina melt during electrolysis using an automatic system for feeding alumina (hereinafter APG), configured to change the voltage between the anode and cathode of the electrolyzer, or a certain rate of alumina feed depending on the current on the electrolyzer [2, 3]. Various variations of this method are worked out quite well in industrial enterprises, however, the specified algorithm of the APG operation does not allow separating the components of the voltage drop on the electrolyzer and, accordingly, does not allow optimizing the rate and moments of alumina supply to the cryolite-alumina melt. This leads to a decrease in the stability and energy efficiency of the process of electrolytic production of aluminum due to the greater likelihood of electrolysis of the sludge, a decrease in the cathode current output, the need for additional measures to remove excess alumina and reduce the service life of the electrolyzers.
Известны способы управления и контроля процесса электролитического получения алюминия, включающие периодическую загрузку глинозема в криолит-глиноземный расплав при электролизе и фиксацию изменения напряжения и тока в разных участках электрической цепи между анодом и катодом электролизера. По мнению авторов, последующая математическая обработка позволяет оптимизировать скорость подачи глинозема, стабилизировать процесс электролиза, повысить катодный выход по току и снизить энергозатраты в целом [4, 5]. Однако способ представляется сложным в практическом исполнении и мало отличающимся от выше перечисленных по достигаемому результату, поскольку измерения аналогичным образом сводятся к определению лишь омического падения напряжения в расплаве при электролизе.Known methods of control and monitoring of the process of electrolytic production of aluminum, including the periodic loading of alumina in cryolite-alumina melt during electrolysis and fixing changes in voltage and current in different parts of the electrical circuit between the anode and cathode of the electrolyzer. According to the authors, the subsequent mathematical processing allows to optimize the alumina feed rate, stabilize the electrolysis process, increase the cathodic current output and reduce energy consumption in general [4, 5]. However, the method seems to be difficult in practical implementation and slightly different from the above listed in the achieved result, since measurements in a similar way are reduced to determining only the ohmic voltage drop in the melt during electrolysis.
Известен способ контроля процесса электролитического получения алюминия, включающий определение концентрации глинозема в криолит-глиноземном расплаве путем мгновенного измерения токовой характеристики анода - предельной анодной плотности тока непосредственно в расплаве [6] при помощи электрохимического устройства – потенциодинамического датчика с графитовыми анодом и катодом. Концентрация глинозема достаточно точно определяется по предварительно полученной эмпирической линейной зависимости от измеряемой величины предельной анодной плотности тока. Следовательно, процесс определения и корректировки концентрации глинозема в криолит-глиноземном расплаве может быть автоматизирован при помощи системы АПГ, настроенной при помощи соответствующего программного обеспечения на изменение предельной анодной плотности тока. Реагирование системы АПГ непосредственно на концентрацию глинозема является существенным преимуществом над вышеперечисленными известными способами. Недостатками способа являются относительно сложная конструкция используемого электрохимического устройства, состоящего из плотно притертых друг к другу стержней и трубок из графита, нитрида бора и стали, а также короткий срок корректной работы устройства из-за быстрого изменения поверхности графитового рабочего электрода при его электрохимическом окислении в моменты измерений. A known method of controlling the process of electrolytic production of aluminum, including determining the concentration of alumina in cryolite-alumina melt by instantaneous measurement of the current characteristics of the anode - the limiting anodic current density directly in the melt [6] using an electrochemical device - a potentiodynamic sensor with a graphite anode and cathode. The concentration of alumina is quite accurately determined by a previously obtained empirical linear dependence on the measured value of the limiting anodic current density. Consequently, the process of determining and adjusting the concentration of alumina in the cryolite-alumina melt can be automated with the aid of the APG system, which is configured with the help of appropriate software to change the limiting anodic current density. The response of the APG system directly to the concentration of alumina is a significant advantage over the above-mentioned known methods. The disadvantages of the method are relatively complex construction of the used electrochemical device consisting of rods and tubes made of graphite, boron nitride and steel tightly rubbed to each other, as well as a short period of correct operation of the device due to the rapid change of the surface of the graphite working electrode during its electrochemical oxidation measurements.
Наиболее близким к заявляемому является способ контроля содержания глинозема при электролитическом получении алюминия, также включающий измерение токовой характеристики анода, определение из измеренной величины концентрации глинозема в криолит-глиноземном расплаве и ее корректировку при помощи системы АПГ. Токовой характеристикой в известном способе является потенциал анода под током, а его измерение проводят относительно электрохимического устройства – алюминиевого электрода с вольфрамовым потенциалосъемником в чехле из корунда или нитрида бора [7]. Аналогично предыдущему способу концентрация глинозема определяется по предварительно полученной эмпирической линейной зависимости от измеряемой величины потенциала анода, и корректируется при помощи системы АПГ, настроенной на изменение этой величины. Недостатками способа являются относительно длительное установление потенциала используемого алюминиевого электрода в корундовом чехле. Это приводит к дополнительным погрешностям измерений потенциала анода и последующего определения реальной концентрации глинозема в расплаве. Помимо этого недостатком является использование в конструкции алюминиевого электрода вольфрамового потенциалосъемника, который взаимодействует с алюминием. Это приводит к возникновению дополнительных погрешностей измерения потенциала анода, а также к снижению срока корректной работы электрода. The closest to the claimed method is the control of the alumina content in the electrolytic production of aluminum, which also includes measuring the current characteristics of the anode, determining from the measured value the concentration of alumina in the cryolite-alumina melt and its adjustment using the APG system. The current characteristic in the known method is the potential of the anode under current, and its measurement is carried out relative to the electrochemical device - an aluminum electrode with a tungsten potential-stripper in a case of corundum or boron nitride [7]. Similarly to the previous method, the concentration of alumina is determined by a previously obtained empirical linear dependence on the measured value of the anode potential, and is adjusted using an APG system that is configured to change this value. The disadvantages of the method are relatively long-term establishment of the potential of the used aluminum electrode in the corundum case. This leads to additional errors in the measurements of the potential of the anode and the subsequent determination of the real concentration of alumina in the melt. In addition, the disadvantage is the use in the design of the aluminum electrode tungsten potential remover, which interacts with aluminum. This leads to the appearance of additional errors in measuring the potential of the anode, as well as reducing the period of correct operation of the electrode.
Общими недостатками известных способов являются относительно невысокая точность определения концентрации глинозема в криолит-глиноземном расплаве и наличие в конструкциях электрохимических устройствах потенциально нежелательных примесей: железо, бор, вольфрам. При разрушении данных устройств в криолит-глиноземном расплаве примеси будут переходить в катодный алюминий. Как было отмечено выше, неточность определения концентрации глинозема в криолит-глиноземном расплаве и несвоевременность ее корректировки будут приводить к снижению стабильности и энергоэффективности процесса, зашламлению электролизера, снижению катодного выхода по току и необходимости проведения дополнительных мероприятий по удалению избыточного глинозема и снижению срока эксплуатации электролизеров.Common disadvantages of the known methods are the relatively low accuracy of determining the concentration of alumina in the cryolite-alumina melt and the presence in the structures of electrochemical devices of potentially undesirable impurities: iron, boron, tungsten. At the destruction of these devices in the cryolite-alumina melt impurities will be transferred to the cathode aluminum. As noted above, the inaccuracy of determining the concentration of alumina in the cryolite-alumina melt and the inopportuneness of its adjustment will lead to a decrease in the stability and energy efficiency of the process, the electrolyzer slamming, a decrease in the cathode current output and the need for additional measures to remove excess alumina and reduce the lifetime of the electrolysers.
Задачей изобретения является повышение стабильности и энергоэффективности процесса электролитического получения алюминия, а также повышение надежности проведения измерений.The objective of the invention is to increase the stability and energy efficiency of the process of electrolytic production of aluminum, as well as improving the reliability of measurement.
Для этого предложен способ контроля содержания глинозема при электролизе криолит-глиноземного расплава, который, как и прототип, включает определение эмпирической линейной зависимости концентрации глинозема в криолит-глиноземном расплаве от токовой характеристики анода с последующей корректировкой концентрации глинозема в криолит-глиноземном расплаве при помощи системы автоматической подачи глинозема в электролизер, настроенной на изменение этой характеристики, при этом для измерения этой характеристики используют электрохимическое устройство. Заявленный способ отличается тем, что определяют эмпирическую линейную зависимость концентрации глинозема в криолит-глиноземном расплаве от анодного перенапряжения, которую корректируют при помощи системы автоматической подачи глинозема в электролизер, настроенной на изменение анодного перенапряжения, измеряемого с помощью газового электрода из смеси CO и CO2.To this end, a method is proposed for controlling the alumina content during the electrolysis of a cryolite-alumina melt, which, like the prototype, involves determining an empirical linear dependence of the alumina concentration in the cryolite-alumina melt on the current characteristics of the anode, followed by adjusting the concentration of alumina in the cryolite-alumina melt using an automatic system supplying alumina to the electrolyzer configured to change this characteristic, while using electrochemical to measure this characteristic skoe device. The claimed method differs in that it determines the empirical linear dependence of the concentration of alumina in the cryolite-alumina melt on the anode overvoltage, which is adjusted using an automatic system for supplying alumina to the electrolyzer, configured to change the anode overvoltage measured by a gas electrode from a mixture of CO and CO 2 .
Разность потенциалов между углеродным анодом под током и газовым электродом из смеси CO и CO2 представляет собой токовую характеристику анода, на которую оказывают влияние лишь анодная плотность тока и концентрация глинозема в расплаве. Стабильность, точность и надежность измерения величины анодного перенапряжения обуславливается тем, что используемое электрохимическое устройство не содержит в своем составе нежелательных примесей и характеризуется практически мгновенным установлением значением потенциала, относительно которого проводят измерение. The potential difference between the carbon anode under current and the gas electrode of a mixture of CO and CO 2 is the current characteristic of the anode, which is influenced only by the anode current density and the concentration of alumina in the melt. The stability, accuracy and reliability of measuring the magnitude of the anode overvoltage is due to the fact that the electrochemical device used does not contain undesirable impurities and is characterized by an almost instantaneous determination of the potential value relative to which the measurement is carried out.
Технический результат, достигаемый заявленным способом, заключается в быстром и точном определении и контроле концентрации глинозема в криолит-глиноземном за счет стабильности, точности и надежности измерения величины анодного перенапряжения. The technical result achieved by the claimed method, is to quickly and accurately determine and control the concentration of alumina in cryolite-alumina due to the stability, accuracy and reliability of measuring the value of anodic overvoltage.
Заявляемый способ иллюстрируется рисунками, где на фиг.1 приведена зависимость анодного перенапряжения на стеклоуглероде от концентрации глинозема в криолит-глиноземном расплаве при температуре 950 ºС и анодной плотности тока 0.5 и 1.0 А/см2; на фиг.2 приведена зависимость анодного перенапряжения на электродном графите от концентрации глинозема в криолит-глиноземном расплаве при температуре 950 ºС и анодной плотности тока 0.5 и 1.0 А/см2.The inventive method is illustrated by drawings, where figure 1 shows the dependence of anodic overvoltage on glassy carbon from the concentration of alumina in cryolite-alumina melt at a temperature of 950 ºС and anodic current density of 0.5 and 1.0 A / cm 2 ; figure 2 shows the dependence of anodic overvoltage on electrode graphite on the concentration of alumina in the cryolite-alumina melt at a temperature of 950 ºС and anodic current density of 0.5 and 1.0 A / cm 2 .
Для иллюстрации была проведена серия испытаний по определению анодного перенапряжения на анодах из разных углеродных материалов в лабораторных установках, имитирующих промышленные электролизеры для электролитического получения алюминия. Лабораторные электролизеры представляли собой графитовые тигли вместимостью до 1 кг алюминия и криолит-глиноземного расплава. Для защиты от окисления тигли размещали в корундовых контейнерах. В тиглях наплавляли алюминий с криолитом, после чего в расплав погружали углеродный анод (стеклоуглерод, электродный графит) и заданное количество глинозема. Температуру криолит-глиноземного расплава поддерживали постоянной при помощи терморегулятора Варта и термопарного модуля USB-ТС01 (National Instruments, США). После растворения вели электролиз при анодной плотности тока от 0.1 до 1.0 А/см2. Токоподвод к жидкометаллическому алюминиевому катоду на дне электролизера осуществляли через дно графитового тигля. Для измерения анодного перенапряжения в расплав погружали углеродный стержень из спектрально-чистого графита, в контакте с которым мгновенно устанавливалась равновесная атмосфера, состоящая из смеси газов CO и CO2. Для поддержания постоянства состава атмосферы над криолит-глиноземным расплавом электролизер закрывали графитовой крышкой. Фиксацию разности потенциалов осуществляли при помощи мультиметра с точностью измерений ± 0.2 мВ.To illustrate, a series of tests was carried out to determine the anode overvoltage on the anodes from different carbon materials in laboratory installations simulating industrial electrolyzers for the electrolytic production of aluminum. Laboratory electrolyzers were graphite crucibles with a capacity of up to 1 kg of aluminum and cryolite-alumina melt. To protect against oxidation, crucibles were placed in corundum containers. The crucibles were used to weld aluminum with cryolite, after which a carbon anode (glassy carbon, electrode graphite) and a specified amount of alumina were immersed in the melt. The temperature of the cryolite-alumina melt was kept constant using the Warta thermostat and the USB-TC01 thermocouple module (National Instruments, USA). After dissolution, electrolysis was carried out at an anodic current density of 0.1 to 1.0 A / cm 2 . Current lead to the liquid metal aluminum cathode at the bottom of the electrolyzer was carried out through the bottom of a graphite crucible. To measure the anodic overvoltage, a carbon rod of spectrally pure graphite was immersed in the melt, in contact with which an equilibrium atmosphere consisting of a mixture of CO and CO 2 gases was instantly established. To maintain the constancy of the composition of the atmosphere above the cryolite-alumina melt, the electrolyzer was closed with a graphite cap. The potential difference was fixed using a multimeter with a measurement accuracy of ± 0.2 mV.
По результатам измерений были построены градуировочные зависимости анодного перенапряжения от анодной плотности тока и концентрации глинозема в криолит-глиноземном расплаве. Примеры таких зависимостей для разных углеродных материалов приведены на фигурах 1 и 2. Видно, что в интервале от 1 до 6 мас. % глинозема зависимости анодного перенапряжения от концентрации глинозема являются линейными. При снижении концентрации глинозема в расплаве ниже 1 мас. % анодное перенапряжение начинает резко возрастать. Это является сигналом для подачи глинозема автоматической системой подачи глинозема.According to the measurement results, the calibration dependences of the anodic overvoltage on the anodic current density and the concentration of alumina in the cryolite-alumina melt were constructed. Examples of such dependencies for different carbon materials are shown in figures 1 and 2. It can be seen that in the range from 1 to 6 wt. % alumina anode overvoltage versus alumina concentration is linear. By reducing the concentration of alumina in the melt below 1 wt. % anode overvoltage begins to increase sharply. This is a signal for feeding alumina by an automatic alumina feeding system.
Полученные результаты указывают на работоспособность заявленного способа. В рамках промышленного масштаба применение способа представляется следующим. Криолит-глиноземный расплав промышленного электролизера покрыт твердым электролитом или гарнисажем. Для выполнения измерений и подгрузки глинозема в гарнисаже проделывается отверстие при помощи специального устройства. Через отверстие в криолит-глиноземный расплав погружается устройство с углеродным стержнем, и фиксируется разность потенциалов между углеродным анодом под током и углеродным стержнем. Параллельно отбираются пробы расплава для определения реальной концентрации глинозема в расплаве при помощи химического анализа или анализатора LECO. По результатам измерений строится градуировочная зависимость перенапряжения анодного процесса на конкретном материале углеродного анода от концентрации глинозема в криолит-глиноземном расплаве для конкретной токовой нагрузки (анодной плотности тока). В соответствии с полученной зависимостью настраивают программное обеспечение системы автоматической подачи глинозема (АПГ) При достижении анодного перенапряжения величины, соответствующей минимально допустимой концентрации глинозема в криолит-глиноземном расплаве, система АПГ выдает сигнал для подгрузки глинозема.The results obtained indicate the performance of the claimed method. On an industrial scale, the application of the method is as follows. Cryolite-alumina melt of an industrial electrolyzer is covered with a solid electrolyte or skull. To perform measurements and loading of alumina, a hole is made in the crust using a special device. A device with a carbon rod is immersed through a hole in the cryolite-alumina melt, and the potential difference between the carbon anode under current and the carbon rod is fixed. In parallel, melt samples are taken to determine the real concentration of alumina in the melt using a chemical analysis or a LECO analyzer. According to the measurement results, the calibration dependence of the anodic process overvoltage on a specific carbon anode material on the alumina concentration in the cryolite-alumina melt for a specific current load (anodic current density) is constructed. In accordance with the obtained dependency, the software of the automatic alumina supply system (APG) is configured. When an anodic overvoltage is reached, the value corresponding to the minimum allowable concentration of alumina in the cryolite-alumina melt, the APG system generates a signal for alumina loading.
Таким образом, заявленный способ позволяет быстро и точно определить и проконтролировать концентрацию глинозема в криолит-глиноземном за счет стабильности, точности и надежности измерения величины анодного перенапряжения. Thus, the claimed method allows you to quickly and accurately determine and monitor the concentration of alumina in cryolite-alumina due to the stability, accuracy and reliability of measuring the magnitude of the anodic overvoltage.
Источники информации:Information sources:
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.1. Thonstad J., Fellner P., Haarberg G.M., Hives J., Kvande H., Sterten A. Aluminum Electrolysis. Fundamentals of the Hall-Heroult Process. 3 ed. Dusseldorf, Aluminum-Verlag Marketing & Kommunikation GmbH, 2001, 354 p.
2. US3329592, публ. 04.07.1967.2. US3329592, publ. 07/04/1967.
3. RU2149223, публ. 20.05.2000.3. RU2149223, publ. 05/20/2000.
4. RU2148108, публ. 27.04.2000.4. RU2148108, publ. 04/27/2000.
5. RU2023058, публ. 15.11.1994.5. RU2023058, publ. 11/15/1994.
6. RU2370573, публ. 20.10.2008.6. RU2370573, publ. 10/20/2008.
7. Richards N., Gudbrandsen H., Rolseth S., Thonstad J. Characterization of the fluctuation in anode current density and “bubble events” in industrial reduction cells. Light metals, 2003, p.315-322.7. Richards N., Gudbrandsen H., Rolseth S., Thonstad J. Light metals, 2003, p.315-322.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018137170A RU2694860C1 (en) | 2018-10-23 | 2018-10-23 | Method of controlling content of alumina during electrolysis of cryolite-alumina melt |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018137170A RU2694860C1 (en) | 2018-10-23 | 2018-10-23 | Method of controlling content of alumina during electrolysis of cryolite-alumina melt |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2694860C1 true RU2694860C1 (en) | 2019-07-17 |
Family
ID=67309178
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018137170A RU2694860C1 (en) | 2018-10-23 | 2018-10-23 | Method of controlling content of alumina during electrolysis of cryolite-alumina melt |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2694860C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2748146C1 (en) * | 2020-08-27 | 2021-05-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Method for determination of alumina content in cryolite-alumina melt and electrochemical device for its implementation |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3329592A (en) * | 1963-08-30 | 1967-07-04 | Reynolds Metals Co | Method of and apparatus for controlling aluminum reduction pots |
RU2148108C1 (en) * | 1998-09-03 | 2000-04-27 | Открытое акционерное общество "Союзцветметавтоматика" | Procedure for automatic adjustment of aluminum electrolyzer |
RU2149223C1 (en) * | 1999-01-05 | 2000-05-20 | Крюковский Василий Андреевич | Method of process control of aluminum electrolytic production |
RU2370573C2 (en) * | 2007-04-09 | 2009-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания" | Method of alumina concentration estimate in cryolite-alumina melt and facility for implementation of this method |
RU2013137517A (en) * | 2013-08-09 | 2015-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" | METHOD FOR DETERMINING ALUMINUM CONTENT IN ELECTROLYTE OF AN ALUMINUM ELECTROLYZER AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION |
-
2018
- 2018-10-23 RU RU2018137170A patent/RU2694860C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3329592A (en) * | 1963-08-30 | 1967-07-04 | Reynolds Metals Co | Method of and apparatus for controlling aluminum reduction pots |
RU2148108C1 (en) * | 1998-09-03 | 2000-04-27 | Открытое акционерное общество "Союзцветметавтоматика" | Procedure for automatic adjustment of aluminum electrolyzer |
RU2149223C1 (en) * | 1999-01-05 | 2000-05-20 | Крюковский Василий Андреевич | Method of process control of aluminum electrolytic production |
RU2370573C2 (en) * | 2007-04-09 | 2009-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания" | Method of alumina concentration estimate in cryolite-alumina melt and facility for implementation of this method |
RU2013137517A (en) * | 2013-08-09 | 2015-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" | METHOD FOR DETERMINING ALUMINUM CONTENT IN ELECTROLYTE OF AN ALUMINUM ELECTROLYZER AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
Richards N., Gudbrandsen H., Rolseth S., Thonstad J. Characterization of the fluctuation in anode current density and "bubble events" in industrial reduction cells. Light metals, 2003, p.315-322. * |
Richards N., Gudbrandsen H., Rolseth S., Thonstad J. Characterization of the fluctuation in anode current density and "bubble events" in industrial reduction cells. Light metals, 2003, p.315-322. 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 and Kommunikation GmbH, 2001, p.354. * |
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 and Kommunikation GmbH, 2001, p.354. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2748146C1 (en) * | 2020-08-27 | 2021-05-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук | Method for determination of alumina content in cryolite-alumina melt and electrochemical device for its implementation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Vogel et al. | Reducing greenhouse gas emission from the neodymium oxide electrolysis. Part II: Basics of a process control avoiding PFC emission | |
RU2694860C1 (en) | Method of controlling content of alumina during electrolysis of cryolite-alumina melt | |
PL98132B1 (en) | METHOD OF CONSTANT MEASUREMENT OF ELECTROLYTE PARAMETERS IN AN ELECTROLYZER BATH | |
Padamata et al. | Anodic process on Cu− Al alloy in KF− AlF3− Al2O3 melts and suspensions | |
Nikolaev et al. | Electrochemical sensor for monitoring the alumina dissolution and concentration in a cryolite-alumina melt | |
HU191839B (en) | Method and device for measuring continuously the solute alumina content of cryolite melts with alumina content during operation | |
Vasyunina et al. | The solubility and dissolution rate of alumina in acidic cryolite aluminous melts | |
CN105954613A (en) | Titanium electrode acceleration life testing device | |
Dedyukhin et al. | Density and molar volume of KF-NaF-AlF3 melts with Al2O3 and CaF2 additions | |
Tkacheva et al. | Aluminum electrolysis in an inert anode cell | |
Thorne et al. | Electrochemical characterization of carbon anode performance | |
Suzdaltsev et al. | Monitoring alumina content in cryolite-alumina melt | |
RU2296188C2 (en) | Aluminum cell controlling method | |
CN205635780U (en) | A device for long -term electric chemical property of sacrificial anode material detects | |
Solli et al. | Design and performance of a laboratory cell for determination of current efficiency in the electrowinning of aluminium | |
Rushan et al. | Electrochemical behavior of Ce (III) in LiF-BaF2 melts | |
Cui et al. | The performance of aluminium electrolysis in a low temperature electrolyte system | |
US4921584A (en) | Anode film formation and control | |
US4935107A (en) | Process for electrochemical measurement of the concentration of oxide ions in a bath based on molten halides | |
Gebarowski et al. | Interfacial Boundary between Carbon Anodes and Molten Salt Electrolyte | |
RU2467095C1 (en) | Method of defining alumina concentration in cryolite-alumina melt | |
Flem et al. | Thermoelectric powers of cells with NaF-AlF3-Al2O3 melts | |
Wang et al. | Electrochemical Behavior of Cermet Anodes in Na 3 AlF 6-K 3 AlF 6-Based Low-Melting Electrolytes for Aluminium Electrolysis | |
RU2748146C1 (en) | Method for determination of alumina content in cryolite-alumina melt and electrochemical device for its implementation | |
Agnihotri et al. | Effect of metal pad instabilities on current efficiency in aluminium electrolysis |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20210914 |