WO1999041432A1

WO1999041432A1 - VERFAHREN ZUR REGELUNG DES AlF3-GEHALTES IN KRYOLITHSCHMELZEN

Info

Publication number: WO1999041432A1
Application number: PCT/EP1999/000846
Authority: WO
Inventors: Paul Clement Verstreken
Original assignee: Heraeus Electro-Nite International N.V.
Priority date: 1998-02-12
Filing date: 1999-02-10
Publication date: 1999-08-19
Also published as: NO994951D0; NO994951L; FR2774701A1; AU3027399A; DE19805619C2; FR2774701B1; CN1256721A; CA2285992A1; DE19805619A1; CN1144900C; BR9904777A; US6183620B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des AlF3-Gehaltes in Kryolithschmelzen für die Aluminium-Reduktion, wobei die Temperatur der Schmelze gemessen wird. Um ein sehr genaues Verfahren anzugeben, das es ermöglicht, die Aluminium-Reduktion bei einer möglichst niedrigen Temperatur, also möglichst energiesparend zu betreiben, wird die Liquidustemperatur der Kryolithschmelze gemessen und mit einem ersten Sollwert verglichen, wobei AlF3 dem Bad zugegeben wird, wenn die gemessene Liquidustemperatur höher ist als der erste Sollwert und wobei die gemessene Liquidustemperatur mit einem zweiten Sollwert, der niedriger ist als der erste Sollwert, verglichen wird, wenn die gemessene Liquidustemperatur niedriger ist als der erste Sollwert und wobei NaF oder Na2CO3 dem Bad zugegeben wird, wenn die gemessene Liquidustemperatur niedriger ist als der zweite Sollwert.

Description

Verfahren zur Regelung des AIF₃-Gehaltes in Kryolithschmelzen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des AIF₃-Gehaltes in Kryolithschmelzen für die Aluminium-Reduktion, wobei die Temperatur der Schmelze gemessen wird.

Ein derartiges Verfahren ist aus US-A-4,668,350 bekannt. Bei dem hier offenbarten Verfahren wird eine bekannte Beziehung zwischen der Badtemperatur und der Badzusammensetzung (NaF : AIF₃) benutzt. Aus dieser Beziehung wird eine Solltemperatur des Bades berechnet abhängig von einer Soll-Zusammensetzung (NaF : AIF₃). Es wird die Temperatur des Bades gemessen und AIF₃ zugefügt, wenn die Badtemperatur höher ist als die Solltemperatur. Allerdings wird die Badtemperatur auch von eine Reihe weiterer Faktoren beeinflußt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung ein sehr genaues Verfahren anzugeben, das es ermöglicht, die Aluminium-Reduktion bei einer möglichst niedrigen Temperatur, also möglichst energiesparend zu betreiben.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Liquidustemperatur der Kryolithschmelze gemessen wird, daß die gemessene Liquidustemperatur mit einem ersten Sollwert verglichen wird, daß AIF₃ dem Bad zugegeben wird, wenn die gemessene Liquidustemperatur höher ist als der erste Sollwert, daß die gemessene Liquidustemperatur mit einem zweiten Sollwert, der niedriger ist als der erste Sollwert, verglichen wird, wenn die gemessene Liquidustemperatur niedriger ist als der erste Sollwert und daß NaF oder Na₂CO₃ - 2 -

dem Bad zugegeben wird, wenn die gemessene Liquidustemperatur niedriger ist als der zweite Sollwert.

Da die Liquidustemperatur einer Schmelze sehr genaue Rückschlüsse auf den Anteil einzelner Bestandteile der Schmelze zuläßt, eröffnet das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit, den Aluminium-Reduktionsprozess möglichst energiegünstig und damit möglichst wirtschaftlich durchzuführen. Die Erfindung umfaßt ausdrücklich auch den umgekehrten Vergleich zwischen einem Sollwert und dem gemessenen Wert der Liquidustemperatur, nämlich, daß die gemessene Liquidustemperatur zunächst mit dem zweiten Sollwert verglichen wird, daß NaF oder Na₂CO₃ dem Bad zugegeben wird, wenn die gemessene Liquidustemperatur niedriger als dieser zweiter Sollwert ist, daß die gemessene Liquidustemperatur mit dem ersten Sollwert, der größer als der zweiter Sollwert ist, verglichen wird, wenn die gemessene Liquidustemperatur höher ist als der zweite Sollwert und daß AIF₃ dem Bad zugegeben wird, die gemessene Liquidustemperatur höher ist als dieser erste Sollwert. Wenn also beispielsweise die gemessene Liquidustemperatur kleiner ist als der zweite Sollwert, ist selbstverständlich ein Vergleich mit den ersten, höheren Sollwert überflüssig. Wenn die gemessene Liquidustemperatur zwischen den beiden Sollwerten liegt, erfolgt keine Zugabe einer die Liquidustemperatur beeinflussenden Komponente.

Zwei unterschiedliche Sollwerte sind notwendig, um eine Pufferzone zu schaffen und Überreaktionen zu vermeiden, die durch ständige Ausgleichszugaben auftreten könnten.

Die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Sollwerten hängt unter anderem ab von der Stabilität des Aluminium-Reduktionsprozesses; ist der Prozess stabil, kann diese Temperaturdifferenz geringer gewählt werden. Die Liquidustemperatur des Bades ist abhängig von allen Bestandteilen, insbesondere von AI₂O₃ und AIF₃. Die Differenz zwischen beiden Sollwerten hängt daher auch davon ab, auf welche Weise und in welcher Menge und Genauigkeit AIF₃ (oder anderen Komponenten wie AI₂O₃) zugeführt wird. Beispielsweise kann die Differenz um so kleiner sein, je geringer die jeweils zugeführte Menge ist. Bei einer Punktdosierung (point feeder) wird weniger und genauer dosiert als bei einer Mittenbedienung (centre bar breaker) oder Seitenbedienung (sideworked cell). Die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Sollwert hängt unter anderem auch ab von der Erfahrung des die Schmelze steuerenden Arbeiters, wobei grundsätzlich gilt, daß die Differenz mit steigender Erfahrung des Arbeiters kleiner werden kann. - 3 -

Grundsätzlich kann die Liquidustemperatur der Schmelze durch Zugabe von AIF₃ gesenkt und durch Zugabe von NaF erhöht werden. Für eine Erhöhung ist jedoch auch die Zugabe von Na₂CO₃ möglich, da Na₂CO₃ zur Bildung von NaF in der Schmelze und damit zur Erhöhung des NaF-Anteiis und zur Verringerung des AIF₃-Anteils beiträgt. Eine zu hohe Liquidustemperatur zeigt eine zu geringe AIF₃-Konzentration an, während eine zu geringe Liquidustemperatur eine zu hohe AIF₃-Konzentration anzeigt. Bei Zugabe von NaF oder Na₂CO₃ wird zusammen mit AIF₃ Kryolith gebildet und so die AIF₃-Konzentration gesenkt. Anfangs kann ein Sollwert für eine Liquidustemperatur ermittelt werden aus den bekannten Phasendiagrammen unter Berücksichtigung der Ausgangszusammensetzung des Bades. Der zweite Sollwert wird festgelegt für eine angenommene Badzusammensetzung. Die konkreten Zusammenhänge zwischen der Badzusammensetzung und der Badtemperatur an sich sind in US-A-4,668,350 ausführlich beschrieben. Insofern wird auf diese Offenbarung ausdrücklich Bezug genommen.

Gemäß der Erfindung ist es vorteilhaft, daß die Abkühlkurve einer Probe der Schmelze außerhalb des Schmeizbades selbst gemessen und dabei die Liquidustemperatur bestimmt wird. Prinzipiell ist es allerdings auch möglich, die Liquidustemperatur durch andere geeignete und dem Fachmann hinreichend bekannte Verfahren zu messen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.

Der erste Sollwert kann aus der durchschnittlichen oder aktuellen Badzusammensetzung berechnet werden. Zum Beispiel ein Bad mit einem Anteil von 5 % CaF₂ , 3 % AI₂O₃ und mit einem Überschuß von 12 % AIF₃ (Halvor Kvande in Journal of Metallurgy, November 1994, S. 22 ff.) weist eine Liquidustemperatur von 955 °C auf. Bei einem AIF₃-Überschuß von 11 % beträgt die Liquidustemperatur 960 °C und bei einem AIF₃-Überschuß von 13 % beträgt die Liquidustemperatur 950 °C. Das heißt, eine Änderung des AIF₃-Überschusses von 2% bewirkt eine Änderung der Liquidustemperatur von 10 °C. Derartige Berechnungen sind beispielsweise in Solheim et al., Light Metals 1995, S. 451 ff. (The Minerals, Metals & Materials Society 1995) beschrieben. Wenn der erste Sollwert beispielsweise 960°C beträgt und eine Liquidustemperatur von 970°C gemessen wird, ist der AIF₃ -Überschuß um 2% zu erhöhen.

Bei stabilem Bad kann die Solltemperatur (der Sollwert) gesenkt werden. Dadurch steigt die AIF3-Konzentration, was zu einer höheren Stromeffizienz führt. Wenn die Badzelle instabil - 4 -

wird, ist die Liquidustemperatur (der Sollwert) zu erhöhen. Die Zellenstabilität kann auf üblicher Weise durch regelmäßige Kontrollen mit einem geeigneten Sensor überwacht werden.

Der zweite Sollwert hängt ab unter anderem von der Art der Zugabe von AI₂O₃ zu dem Bad. Bei einer automatischen oder einer Punkt-Dosierung kann der zweiter Sollwert etwa 10 °C unterhalb des ersten Sollwertes liegen, bei Mittenbedienung und ohne Automatisierung der Zugabe kann der zweite Sollwert etwa 20 °C unterhalb des ersten Sollwertes liegen. Liegt der gemessene Wert der Liquidustemperatur oberhalb des ersten Sollwertes, wird entsprechend der obengenannten Modell-Zusammensetzung AIF₃ zugeführt, liegt er unterhalb des zweiten Sollwertes, wird NaF (beziehungsweise Na₂CO₃) zugeführt , wobei eine Zugabe von 3 % NaF (bezogen auf das gesamte Bad) zu einer Erhöhung der Liquidustemperatur von etwa 10 °C führt. Wenn der zweite Sollwert 950°C beträgt und eine Liquidustemperatur von 940°C gemessen wird, ist eine Zugabe von 3 % NaF (oder eine dementsprechende Menge Na₂CO₃), bezogen auf das gesamte Bad, erforderlich.

Die Messungen können beispielsweise alle zwei Tage oder täglich durchgeführt werden.

Claims

- 5 -Verfahren zur Regelung des AIF3-Gehaltes in KryolithschmelzenPatentansprüche

1. Verfahren zur Regelung des AIF₃-Gehaltes in Kryolithschmelzen für die Aluminium-Reduktion, wobei die Temperatur der Schmelze gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Liquidustemperatur gemessen wird, daß die gemessene Liquidustemperatur mit einem ersten Sollwert verglichen wird, daß AIF₃ dem Bad zugegeben wird, wenn die gemessene Liquidustemperatur höher ist als der erste Sollwert, daß die gemessene Liquidustemperatur mit einem zweiten Sollwert, der niedriger ist als der erste Sollwert, verglichen wird, wenn die gemessene Liquidustemperatur niedriger ist als der erste Sollwert und daß NaF oder Na₂CO₃ dem Bad zugegeben wird, wenn die gemessene Liquidustemperatur niedriger ist als der zweite Sollwert.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlkurve einer Probe der Schmelze außerhalb des Schmelzbades gemessen und dabei die Liquidustemperatur bestimmt wird.