WO2017044010A1 - Футеровка катодного устройства электролизера для производства алюминия - Google Patents

Футеровка катодного устройства электролизера для производства алюминия Download PDF

Info

Publication number
WO2017044010A1
WO2017044010A1 PCT/RU2016/000619 RU2016000619W WO2017044010A1 WO 2017044010 A1 WO2017044010 A1 WO 2017044010A1 RU 2016000619 W RU2016000619 W RU 2016000619W WO 2017044010 A1 WO2017044010 A1 WO 2017044010A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
refractory
heat
layer
insulating
lining
Prior art date
Application number
PCT/RU2016/000619
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Александр Владимирович ПРОШКИН
Геннадий Ефимович НАГИБИН
Виталий Валерьевич ПИНГИН
Андрей Геннадьевич СБИТНЕВ
Алексей Сергеевич ЖЕРДЕВ
Виктор Христьянович МАНН
Юрий Михайлович ШТЕФАНЮК
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр"
Priority to BR112017025762-9A priority Critical patent/BR112017025762B1/pt
Priority to EP16844794.4A priority patent/EP3348677B1/en
Priority to CN201680036165.1A priority patent/CN107709624B/zh
Priority to CA2986890A priority patent/CA2986890C/en
Priority to AU2016319731A priority patent/AU2016319731B2/en
Priority to US15/753,142 priority patent/US10604855B2/en
Publication of WO2017044010A1 publication Critical patent/WO2017044010A1/ru
Priority to NO20180334A priority patent/NO20180334A1/en

Links

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
    • C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
    • C25C3/085—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes characterised by its non electrically conducting heat insulating parts
    • 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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, in particular, to the electrolytic production of aluminum, namely, to the design of the cathode device of the electrolyzer for aluminum production.
  • a cathode electrolytic device for producing aluminum containing a metal casing lined with lateral carbon-graphite blocks, a basement of granular material made from eliminating quartzite of a fraction of 2-20 mm, which is a waste product from the production of crystalline silicon, hearth carbon graphite blocks with current-carrying rods and interlock seams (RU 2061796, IPC S25SZ / 08, published on June 10, 1996).
  • the disadvantages of this design of the cathode device of the electrolyzer are the high energy consumption during the operation of the electrolysers due to the high values of the thermal conductivity of the layers from the screening of quartzite fractions of 2-20 mm, the instability of the temperature fields in the cathode due to the interaction of the layers of quartzite with sodium vapor and the formation of highly heat-conducting glass - sodium bisilicate.
  • the spent lining impregnated with fluorine salts is subject to safe disposal or efficient disposal, which requires additional costs.
  • the closest to the claimed cathode lining in technical essence and the achieved result is a lining of the cathode device of an aluminum electrolyzer with a cathode casing and carbon hearth blocks, including a refractory layer and a heat-insulating layer made of two layers of deep calcined alumina of different densities - the upper one with a density of 1.2- 1.8 t / m, lower - 1 t / m, while the total height of the heat-insulating layer is 0.5-1.0 of the height of the hearth block, and the ratio of the heights of the upper and lower layers is S THE from 1: 1 to 1: 2 (SU JY «1 183564, IPC S25S 08/03, publ 07.10.1985g..).
  • the disadvantages of the prototype are the high cost of deep calcined (at temperatures above 1200 ° C) alumina, high energy consumption due to the high coefficient of thermal conductivity of the compacted layer of a-A1 2 0z and the inability to recycle the material for its intended purpose as a lining material.
  • a known method of mounting the bottom of aluminum electrolytic cells including the installation of carbon-graphite hearth blocks with current-conducting rods - cathode sections, on an unhardened layer of heat-resistant and chemically resistant concrete, previously laid on the supporting bottom of the electrolyzer, followed by packing of interblock and peripheral joints with a hearth mass (SU J 21261973, ⁇ S25SZ / 06, publ. 07.10.1986).
  • a method of lining a cathode device of an electrolytic cell for producing aluminum comprising filling a heat-insulating layer of non-graphitized carbon into a cathode of a cathode device, forming a refractory layer by compressing aluminosilicate composition by powder pressing, installing hearth and airborne blocks, followed by sealing seams between them with a cold-packed hearth mass (RU 2385972, IPC S25SZ / 08, publ. 04/10/2010).
  • the disadvantage of the prototype is the formation of sodium cyanides in the upper layers of thermal insulation and the formation of monolithized pieces of sodium carbonate, which does not allow for their reuse.
  • the objective of the proposed solutions is to provide conditions for the reuse of spent lining material by reducing the content of sodium cyanides in the upper layers of thermal insulation.
  • the problem is solved in that in the lining of the cathode device of an aluminum electrolyzer, including hearth and side blocks interconnected by a cold-packed hearth mass, refractory and heat-insulating layers of unformed materials, the refractory layer is made of aluminosilicate material, and the heat-insulating layer is of non-graphite carbon or its mixtures with aluminosilicate or alumina powder, according to the proposed solution, the insulating and refractory layers consist of less the least of two sublayers, while the porosity of the insulating and refractory layers increases from the upper to the lower sublayer, and the ratio of the thicknesses of the refractory and thermal insulation layers is not less than 1/3, preferably 1: (1 -3).
  • the proposed device is complemented by private distinguishing features.
  • the increase in porosity of the refractory layer from the upper sublayer to the lower is from 17 to 40%, and the increase in porosity of the heat-insulating layer from the upper sublayer to the lower is from 60 to 90%. This allows the use of unformed materials without additional firing while maintaining refractory properties.
  • a natural material for example porcellanite, which is the most accessible of existing natural materials. You can also use fireclay powder or fly ash as a waste material, but these materials are of lower quality. Between the sublayers of the refractory layer, graphite foil is installed.
  • the upper sublayers of the refractory layer are designed to inhibit the penetration of molten fluorine salts into the lower part of the cap.
  • Particularly good results are shown by graphite foil, which has very small pore sizes and practically does not pass the liquid phase of fluorine salts.
  • sodium partially enters into non-graphitized carbon or its mixture with aluminosilicate or alumina powder. Since non-graphitized carbon is proposed as a heat-insulating layer, the nitrogen contained in the pores of this carbon is able to interact with sodium and form sodium cyanides.
  • the optimal ratio between the heat-insulating and refractory layers is determined from the condition that the minimum formation of cyanides and the maximum thermal resistance are satisfied.
  • the problem is solved in that in the method of lining the cathode device of the electrolyzer to produce aluminum, which includes filling the insulating layer using non-graphitized carbon into the cathode of the cathode device, forming a refractory layer, installing hearth and side blocks with subsequent sealing of the joints between them with a cold-packed hearth mass , predominantly non-graphitized carbon, previously extracted from the lower sublayer of heat the olation layer of the previously spent cathode device of the electrolyzer or its mixture with porcellanite.
  • the heat-insulating and refractory layers are composed of of at least two sublayers, the porosity of the heat-insulating and refractory layers increases from the upper to the lower, and the ratio of the thicknesses of the refractory and heat-insulating layers is at least 1/3, preferably 1: (1-3).
  • An electrolytic cell for aluminum production including a cathode device containing a bath with a carbon bottom, laid out of coal blocks with mounted cathode current leads enclosed in a metal casing, with refractory and heat-insulating materials placed between the metal casing and the coal blocks, an anode device containing one or several carbon anodes connected to the anode busbar, located in the upper part of the bath and immersed in the molten electrolyte.
  • the lining of the cathode device is made as described above.
  • the proposed design of the cathode device, the lining method and the electrolyzer with the proposed lining in comparison with the known technical solutions can reduce the cyanide content in the upper layers of the insulation, ensure the reuse of the insulation layer, as well as reduce waste and improve the environmental situation in the areas where the aluminum plants are located.
  • the thickness of the refractory layer is less than 1/3, then the content of cyanides in the carbon material from which the heat-insulating layer is formed by reaction (1):
  • the thermal efficiency of the cathode device decreases, since the thermal resistance of the layers of aluminosilicate refractories is less than the layers of non-graphite carbon. The consequence of this is the formation on the working surface of the hearth blocks of non-conductive sediments, which cause an increase in temperature unevenness in the hearth blocks and their premature failure.
  • the main purpose of the upper layers is to prevent the penetration of liquid-phase electrolyte components into the lower layers.
  • the problem that arises when unformed materials are used as barrier layers is that they are heterogeneous substances whose solid component is well wetted by fluoride salts that penetrate open pores.
  • the amount of fluorine salts penetrating the barrier depends on the particle size distribution of the initial powder of the mixture, the compaction method, and the conditions of the subsequent thermal and chemical effects. In accordance with Darcy’s law, the pressure gradient along the height of the barrier material is the driving force behind the process of penetration of molten fluoride salts.
  • q is the volumetric flow rate of molten fluoride salts through the cross section S, m3 / (m2s);
  • the pressure gradient is mainly due to hydrostatic and gravitational forces.
  • medium channel pores sizes from 5 to 25 ⁇ m
  • the pressure gradient is much higher than for large pores and such capillaries are able to intensively absorb molten fluorosols.
  • the hydraulic resistance to the movement of molten fluorosols is very large, their filling is extremely slow and the amount of penetrating fluorosols is minimal.
  • the right particle size distribution and good compaction the formation of refractory layers with low porosity and very small pore sizes is possible.
  • the permeability coefficient included in equation (1) depends on the size and number of pores and can be estimated by structural parameters: the value of open porosity, pore size distribution and pore tortuosity coefficient. For porous materials with evenly distributed and mutually disjoint pores in the form of cylindrical channels of small cross section, the permeability coefficient can be determined by the dependence:
  • the chemical interaction of the components of fluorine salts with the barrier material and its dissolution slow down the leakage of the electrolyte components. Therefore, it is important to obtain the most dense upper sublayer of the refractory layer with a carefully selected particle size distribution.
  • the maximum compaction and the minimum possible value of the open porosity of such filling layers is -15%.
  • barrier materials with electrolyte components increases their thermal conductivity and causes rearrangement temperature fields, as a result of which the isotherm of the liquidus fluorine salt moves down.
  • a refractory layer with a higher porosity and a higher content of silicon oxide than in the upper layer is placed under the foil. This is due, on the one hand, to the absorption of sodium, and, on the other hand, the formation of a porous sublayer of the refractory layer having a higher temperature gradient along its height and a decrease in temperature in the downstream layer of heat-insulating materials consisting of non-graphite carbon materials (brown coal semi-coke). This will reduce cyanide content.
  • porosity greater than 40% is undesirable due to possible shrinkage of the lower sublayer of the refractory layer.
  • porcellanite naturally burnt clays
  • silicon oxide -65%
  • aluminum oxide -20%
  • vaporous sodium vaporous sodium to form albite and nepheline
  • the slabs differ from chamotte with a higher content of floodplains (Na20, K20, Fe n O m ) and a lower content of alumina.
  • the concentrations of silicon oxide in chamotte and in porcellanite are almost equal. For this reason, these materials have the same ability to bind sodium to a strong chemical compound - albite.
  • a lower concentration of alumina will only reduce the amount of nepheline formed.
  • the increased content of iron oxides in the presence of silica in the system will contribute to the binding of sodium to sodium silicate:
  • Porcellanite as a barrier material, should be located in the temperature zone below 718 ° ⁇ , since gas at higher temperatures the phase ( ⁇ - ⁇ 0 2 ) has reducing properties with respect to iron oxides:
  • Porcellanite as a material that has already passed the firing stage, is of interest for use as refractory unformed materials in the lining of aluminum electrolyzers of various designs.
  • the slabs occupy an intermediate position between chamotte (-1550 ° ⁇ ) and diatom (-1000 ° ⁇ ) bricks.
  • molded barrier materials based on slides can be used as an intermediate refractory material, occupying a place in the cathode device of the electrolyzer between the dry barrier mixture (SBS) based fireclay and heat-insulating materials, such as diatom bricks, vermiculite slabs or brown coal semi-coke.
  • SBS dry barrier mixture
  • the effect of sodium on porcellanitis is different from the effect of sodium on chamotte.
  • iron will be reduced to a free state, and only then silicon will be formed with the formation of albite, nepheline, sodium silicate and iron silicides.
  • the process of interaction of sodium with glizh, as in the interaction of sodium with chamotte, will end with the formation of sodium aluminate and sodium silicate. The difference is only in the formation of a larger amount of the metal phase.
  • the upper sublayer of the insulating material is made of non-graphitized carbon (semi-coke of brown coal). It has a low density and low values of the coefficient of thermal conductivity due to the presence of closed porosity.
  • the total porosity of the upper layer of thermal insulation should be at least 60% due to the inadmissibility of the loss of thermal insulation properties, and the lower layer - not more than 90% for reasons of the inadmissibility of strong shrinkage.
  • FIG. 1 shows the cathode lining of the electrolyzer
  • figure 2 is a graph of the calculated temperature distribution along the height of the base of the lining, the horizontal axis of which represents the distance along the depth of the base, measured vertically down from the bottom of the hearth block, and the calculated temperature on the vertical axis,
  • FIG. 3 - presents the results of derivatographic analysis
  • FIG. 4 - shows the dependence of the permeability coefficient on pore size
  • FIG. 5 - shows the dependence of the content of sodium cyanides in various materials on temperature.
  • FIG. Figure 1 shows that the lining consists of a lower sublayer of a heat-insulating layer of non-graphitized carbon material 1 with a porosity of up to 90%, an upper sublayer of a heat-insulating layer 2 with a porosity of up to 60% located above it, and a lower sublayer 3 of an aluminosilicate refractory layer (porcellanite) having porosity up to 40%, covered by the upper sublayer of the refractory layer 4, having a porosity of up to 17% and having a high resistance to penetration of electrolyte components penetrating through a hearth consisting of carbon of the fifth blocks 5.
  • a brick edge was laid on the perimeter of the inner side surface of the metal casing 6.
  • the thickness of the refractory layer was 100 mm, and the thickness of the heat-insulating layer was 325 mm.
  • the ratio of the thicknesses of the refractory and heat-insulating layers was ⁇ (1: 3.25).
  • the thickness of the refractory layer was 155 mm, and the thickness of the heat-insulating layer was 280 mm.
  • the ratio of the thicknesses of the refractory and thermal insulation layers is ⁇ (1: 1.8).
  • the thickness of the refractory layer was 200 mm, and the thickness of the heat-insulating layer was 215 mm.
  • the ratio of the thicknesses of the refractory and heat-insulating layers was ⁇ (1: 1, 1).
  • the first temperature is the melting point of sodium carbonate, equal to 852 ° ⁇
  • the second is the crystallization temperature of sodium in the cathode space, equal to 542 ° ⁇ .
  • sodium carbonate is formed at a depth of 120-125 mm.
  • the thickness of the aluminosilicate refractory layer (barrier mixture) for this mixture was 100 mm. Therefore, in the heat-insulating layer at a depth of 20-25 mm, a powdery material saturated with cyanides is formed. In the lower layer, cyanides are located in monolithic sodium carbonate and environmental 9, the threat is minimal, since traditionally sodium cyanides are always formed in the hearth blocks.
  • 155 mm is more preferable compared to options 1 and 3., because in the first embodiment, an unacceptably high content of sodium cyanides is formed in the upper sublayers of the heat-insulating layer, which is confirmed by the results of an autopsy of the experimental electrolyzer.
  • the third option is not optimal, because heat losses through the bottom of the casing increase, and part of the sublayers of the insulating layer is replaced by sublayers of the refractory layer, which have a higher thermal conductivity. In addition, this leads to a rise in the cost of the lining, as refractory material is more expensive.
  • the cathode lining of the primary aluminum cell is carried out using the same method as follows.
  • the spent cathode device with unformed materials is dismantled.
  • Non-graphitized carbon in the heat-insulating layer is converted into a two-layer material during service.
  • Below it retains a powdery state, and from above it has a connected monolithic structure, which has a dark oily hue.
  • the material is in the space between the isotherm of 850 ° C, corresponding to the temperature liquidus sodium carbonate and the temperature of sodium condensation in the conditions of work of materials in the cathode space 540 ° C.
  • the cyanide concentration in this zone was 0.12 and 0.43%, respectively.
  • the upstream monolithic zone consists mainly of sodium carbonate and carbon (Table 2).
  • the thermal conductivity coefficient of the lower layers of the lining materials retains the initial value of ⁇ 0.09 W / (mK). Therefore, non-graphitized carbon or its mixture with aluminosilicate or alumina powder without any additional processing can be reused to form the upper sublayer of the insulating layer.
  • Table 2 The results of x-ray phase analysis of the material composition of the upper sublayer of the insulating layer of the lining
  • non-graphitized carbon mixed with aluminosilicate material (porcellanite).
  • aluminosilicate material such a mixture has a lower than individual porcellanite thermal conductivity coefficient and a lower cyanide content than non-graphite carbon. This is confirmed by the results of the experimental electrolyzer, in which a mixture of non-graphitized carbon and aluminosilicate powder was located directly under the hearth blocks. The content of sodium cyanides in the recovered mixed material from the electrolyzer, which worked for more than 2300 days, was only 0.4%.
  • the thermal conductivity coefficient has a higher value - 0.5 W / (mK). Given the higher cyanide content and the lumpy state, reuse of material from the upper sublayer of the thermal insulation layer for its intended purpose is not possible.
  • the material of the upper sublayer of the heat-insulating layer is most effectively utilized by the direct combustion method to produce thermal energy. As shown by the results of derivatographic analysis (Fig.Z), a temperature above 600 ° C is sufficient for this. It is advisable to use the products of brown coal pyrolysis obtained at temperatures of 600-800 ° C as non-graphitized carbon. At lower temperatures, explosion safety is not provided due to the high content of volatile substances, and at a higher temperature, coke residue is reduced and the process productivity is reduced
  • cathode lining and the lining method described above will reduce the cyanide content in the upper layers of the insulation and provide conditions for the reuse of the material for the insulation layer, as well as reduce waste and improve the environmental situation in the areas where aluminum plants are located.

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)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности, к электролитическому производству алюминия, а именно, к конструкции катодного устройства электролизера для производства алюминия. Предложена футеровка катодного устройства алюминиевого электролизера, в которой теплоизоляционный и огнеупорный слои состоят не менее чем из двух подслоев, при этом пористость теплоизоляционного и огнеупорного слоев увеличивается от верхнего подслоя к нижнему, а соотношение толщин огнеупорного и теплоизоляционного слоев составляет не менее 1/3. Также предложен способ футеровки катодного устройства электролизера и электролизер с предложенной футеровкой катодного устройства. Изобретение позволяет снизить содержание цианидов в верхних слоях теплоизоляции и обеспечить условия для повторного использования материала для теплоизоляционного слоя, а также сократить количество отходов и улучшить экологическую обстановку в районах расположения заводов по производству алюминия.

Description

ФУТЕРОВКА КАТОДНОГО УСТРОЙСТВА ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА ДЛЯ
ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности, к электролитическому производству алюминия, а именно, к конструкции катодного устройства электролизера для производства алюминия.
Уровень техники
Известно катодное устройство электролизера для получения алюминия, содержащее металлический кожух, футерованный боковыми углеграфитовыми блоками, цоколь из сыпучего материала выполненный из отсева кварцита фракции 2-20 мм, являющегося продуктом отхода от производства кристаллического кремния, подовые углеграфитовые блоки с токоподводящими стержнями и межблочные швы (RU 2061796, МПК С25СЗ/08, опубл. 10.06.1996г.).
Недостатками такой конструкции катодного устройства электролизера являются большие энергозатраты в процессе работы электролизеров вследствие высоких значений коэффициентов теплопроводности слоев из отсева кварцита фракции 2-20 мм, нестабильности температурных полей в катоде из-за взаимодействия слоев кварцита с парами натрия и образованием высокотеплопроводного стекла - бисиликата натрия. Кроме того, после окончания срока службы отработанная футеровка, пропитанная фторсолями, подлежит безопасному захоронению или эффективной утилизации, что требует дополнительных затрат.
Наиболее близкой к заявляемой катодной футеровке по технической сущности и достигаемому результату является футеровка катодного устройства алюминиевого электролизера с катодным кожухом и угольными подовыми блоками, включающая огнеупорный слой и теплоизоляционный слой, выполненный из двух слоев глубоко прокаленного глинозема различной плотности - верхнего с плотностью 1,2-1,8 т/м , нижнего - 1 т/м , при этом общая высота теплоизоляционного слоя составляет 0,5-1,0 от высоты подового блока, причем соотношение высот верхнего и нижнего слоев составляет от 1 : 1 до 1 : 2 (SU JY«1 183564, МПК С25С 3/08, опубл. 07.10.1985г.).
Недостатками прототипа является высокая стоимость глубоко прокаленного (при температурах более 1200°С) глинозема, высокие энергозатраты из=за большого коэффициента теплопроводности уплотненного слоя из а-А120з и невозможность рециклинга материала по прямому назначению в качестве футеровочного материала.
Известен способ монтажа подины алюминиевого электролизеров, включающий установку углеграфитовых подовых блоков с токоподводящими стержнями - катодных секций, на незатвердевший слой жаропрочного и химически стойкого бетона, предварительно уложенного на несущее днище электролизера, с последующей набивкой межблочных и периферийных швов подовой массой (SU J 21261973, МПК С25СЗ/06, опубл. 07.10.1986).
Недостатками такого способа монтажа подины катодного устройства электролизера являются большие энергозатраты в процессе работы электролизеров вследствие высоких значений коэффициентов теплопроводности жаропрочного и химически стойкого бетона, а также отсутствие возможности рециклинга данного неформованного материала. Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ футеровки катодного устройства электролизера для получения алюминия включающий засыпку теплоизоляционного слоя из неграфитированного углерода в кожух катодного устройства, формирование огнеупорного слоя путем уплотнения вибропрессованием порошка алюмосиликатного состава, установку подовых и бортовых блоков с последующей заделкой швов между ними холоднонабивной подовой массой (RU 2385972, МПК С25СЗ/08, опубл. 10.04.2010г.).
Недостатком прототипа является формирование цианидов натрия в верхних слоях теплоизоляции и образование монолитизированных кусков карбоната натрия, что не позволяет осуществить повторное их использование.
Раскрытие изобретения
Задача предлагаемых решений заключается в обеспечении условий для повторного использования отработанного футеровочного материала в результате снижения содержания цианидов натрия в верхних слоях теплоизоляции.
Поставленная задача решается тем, что в футеровке катодного устройства алюминиевого электролизера, включающей подовые и бортовые блоки, соединенные между собой холоднонабивной подовой массой, огнеупорный и теплоизоляционный слои из неформованных материалов, причем огнеупорный слой выполнен из алюмосиликатного материала, а теплоизоляционный слой из неграфитированного углерода или его смеси с порошком алюмосиликатного или глиноземистого состава, согласно предложенному решению, теплоизоляционный и огнеупорный слои состоят по меньшей мере из двух подслоев, при этом пористость теплоизоляционного и огнеупорного слоев увеличивается от верхнего подслоя к нижнему, а соотношение толщин огнеупорного и теплоизоляционного слоев составляет не менее 1/3, предпочтительно 1 : (1 -3).
Предлагаемое устройство дополняют частные отличительные признаки.
Предпочтительно, чтобы увеличение пористости огнеупорного слоя от верхнего подслоя к нижнему составляло от 17 до 40 %, а увеличение пористости теплоизоляционного слоя от верхнего подслоя к нижнему - от 60 до 90%. Это позволяет использовать неформованные материалы без дополнительного обжига с сохранением огнеупорных свойств.
В качестве одного из подслоев огнеупорного слоя целесообразно использовать природный материал, например порцелланит, который наиболее доступный из существующих природных материалов. Также можно использовать шамотный порошок или летучую золу, как отходный материал, но эти материалы имеют более низкое качество. Между подслоями огнеупорного слоя установлена графитовая фольга.
Верхние подслои огнеупорного слоя предназначены для сдерживания проникновения расплавленных фторсолей в нижнюю часть цоколя. Чем они будут более плотными и чем менее размер пор, тем выше стойкость катодного устройства к проникновению расплавленных фторсолей (Фиг. 4). Особенно хорошие результаты показывает графитовая фольга, которая имеет очень малые размеры пор и практически не пропускает жидкую фазу фторсолей. Но натрий частично поступает в неграфитированный углерод или его смесь с порошком алюмосиликатного или глиноземистого состава. Поскольку в качестве теплоизоляционного слоя предлагается неграфитированный углерод, то азот, содержащийся в порах этого углерода способен вступать взаимодействие с натрием и формировать цианиды натрия. Чем выше температура, тем больше концентрация цианидов (Фиг. 5). Поэтому увеличение толщины огнеупорного слоя снижает температуру и замедляет процесс образования цианидов натрия. Дополнительно смесь неграфитированного углерода с порошком алюмосиликатного или глиноземистого состава подавляет образование цианидов в порах неграфитированного углерода. Уменьшение толщины огнеупорного слоя менее заявленного предела будет способствовать образованию цианидов, но росту теплового сопротивления цоколя, увеличение толщины огнеупорного слоя свыше заявленного приведет к снижению содержания цианидов в теплоизоляционном слое, но к снижению теплового сопротивления и росту тепловых потерь.
С другой стороны необходимо иметь как можно более высокое тепловое сопротивление цоколя, это обеспечивается высокопористой структурой теплоизоляционного и огнеупорного слоев, поскольку газы, находящиеся в их порах имеют самый низкий коэффициент теплопроводности.
Оптимальное соотношение между теплоизоляционными и огнеупорными слоями определяется из условия удовлетворения минимума образования цианидов и максимума теплового сопротивления.
Кроме того, поставленная задача решается тем, что в способе футеровки катодного устройства электролизера для получения алюминия, включающем засыпку теплоизоляционного слоя с использованием неграфитированного углерода в кожух катодного устройства, формирование огнеупорного слоя, установку подовых и бортовых блоков с последующей заделкой швов между ними холоднонабивной подовой массой, в верхний подслой теплоизоляционного слоя засыпают преимущественно неграфитированный углерод, предварительно извлеченный из нижнего подслоя теплоизоляционного слоя ранее отработанного катодного устройства электролизера или его смеси с порцелланитом. При этом обеспечивают, что теплоизоляционный и огнеупорный слои состоят по меньшей мере из двух подслоев, пористость теплоизоляционного и огнеупорного слоев увеличивается от верхнего подслоя к нижнему, а соотношение толщин огнеупорного и теплоизоляционного слоев составляет не менее 1/3, предпочтительно 1 : (1-3).
Также предложен электролизер для производства алюминия, включающий катодное устройство, содержащее ванну с угольной подиной, выложенную из угольных блоков с вмонтированными катодными токоподводами, заключенными в металлический кожух, с размещенными между металлическим кожухом и угольными блоками огнеупорными и теплоизоляционными материалами, анодное устройство, содержащее один или несколько угольных анодов, соединенных с анодной шиной, размещенных в верхней части ванны и погруженных в расплавленный электролит. При этом футеровка катодного устройства выполнена как указано выше.
Предлагаемая конструкция катодного устройства, способ футеровки и электролизер с предложенной футеровкой по сравнению с известными техническими решениями позволяют снизить содержание цианидов в верхних слоях теплоизоляции, обеспечить повторное использование теплоизоляционного слоя, а также сократить количество отходов и улучшить экологическую обстановку в районах расположения заводов по производству алюминия.
Предлагаемые параметры являются оптимальными. Если толщина огнеупорного слоя будет менее 1/3, то содержание цианидов в углеродном материале, из которого выполнен теплоизоляционный слой образующихся по реакции (1):
2Nanap+ N2 + С = 2NaCN, ( 1 )
AG°973 K = -151980 Дж
будет достаточно велико и это создает экологические угрозы при демонтаже катодного устройства и повторном использовании материала для теплоизоляционного слоя. Увеличение толщины огнеупорного алюмосиликатного слоя обеспечивает связывание проникающего натрия в устойчивые соединения:
4Nanap + 2А1203 + 13 Si02 = 4(NaAlSi308) + Si, (2) AG° , ,23 к = -587460 Дж
4Nanap + 2А1203 + 5Si02 = 4(NaAlSi04) + Si, (3) AG° 1 123 К = -464210 Дж
Однако, если толщина огнеупорного слоя будет больше толщины теплоизоляционного слоя, то снижается тепловая эффективность работы катодного устройства, поскольку тепловое сопротивление слоев алюмосиликатных огнеупоров меньше, чем слоев из неграфитированного углерода. Следствием этого является формирование на рабочей поверхности подовых блоков нетокопроводящих осадков, которые вызывают увеличение температурной неравномерности в подовых блоков и их преждевременный выход из строя.
Необходимость разделения огнеупорного слоя, выполняемого из алюмосиликатных материалов на два и более слоев с переменной по высоте пористостью обусловлено следующими обстоятельствами.
Основное предназначение верхних слоев - предотвратить проникновение жидкофазных компонентов электролита в нижерасположенные слои. Проблема, возникающая при использовании в качестве барьерных слоев неформованных материалов, заключается в том, что они являются гетерогенными веществами, твердая составляющая которых хорошо смачивается фтористыми солями, проникающим по открытым порам. Количество проникающих через барьер фторсолей зависит от гранулометрического состава исходного порошка смеси, метода уплотнения, условий последующего теплового и химического воздействия. В соответствии с законом Дарси движущей силой процесса проникновения расплавленных фтористых солей является градиент давления по высоте барьерного материала.
где:
q - объемный расход расплавленных фтористых солей через поперечное сечение S, мЗ/(м2с);
к - коэффициент проницаемости, м2;
dP/dx - градиент давления по высоте барьерного материала, Па; μ - динами- ческая вязкость, Па* с.
Для крупных пор (более 100 мкм) градиент давления обусловлен преимущественно гидростатическими и гравитационными силами. Для средних канальных пор (размерами от 5 до 25 мкм) за счет потенциальной энергии поля капиллярных сил, градиент давления гораздо выше, чем для крупных пор и такие капилляры способны интенсивно впитывать расплавленные фторсоли. Для самых мелких пор гидравлическое сопротивление движению расплавленных фторсолей очень велико, их заполнение идет чрезвычайно медленно и количество проникающих фторсолей минимально. При правильно подобранном гранулометрическом состоянии и хорошем уплотнении возможно формирование огнеупорных слоев с низкой пористостью и очень мелкими размерами пор.
Входящий в уравнение (1) коэффициент проницаемости зависит от размеров и количества пор и может быть оценен по структурным параметрам: величине открытой пористости, распределению пор по размерам и коэффициенту извилистости пор. Для пористых материалов с равномерно распределенными и взаимно не пересекающимися порами в виде цилиндрических каналов малого сечения коэффициент проницаемости может быть определен по зависимости:
Figure imgf000011_0001
где: П - пористость; d - размер пор, м, к - коэффициент проницаемости.
Как следует из представленных зависимостей, с увеличением пористости и размеров пор растет количество проникающих компонентов электролита и, наоборот, при уменьшении пористости (а, следовательно, уменьшении размеров пор) проникновение фторсолей в барьерный материал замедляется и реакция взаимодействия протекает в его верхних поверхностных слоях (Фиг. 4).
При наличии в составе неформованных алюмосиликатных барьерных материалов комплексных ионов кремнезема, которые повышают вязкость внедряющегося расплава и, соответственно, снижают скорость его проникновения, химическое взаимодействие компонентов фторсолей с барьерным материалом и его растворение замедляют просачивание компонентов электролита. Поэтому важно получение как можно более плотного верхнего подслоя огнеупорного слоя с тщательно подобранным гранулометрическим составом. Обычно максимальное уплотнение и минимально возможное значение открытой пористости таких засыпных слоев составляет -15 %. Однако рост плотности барьерного материала обуславливает его больший расход и более высокие значения коэффициента теплопроводности, в результате чего уменьшается тепловое сопротивление катодного устройства и растут тепловые потери, что снижает экономическую эффективность катодной футеровки.
Пропитка барьерных материалов компонентами электролита увеличивает их коэффициент теплопроводности и вызывает перестройку полей температур, в результате чего изотерма ликвидус фторсолей перемещается вниз.
Чем менее плотен материал барьерного слоя, тем сильнее изотерма смещается вниз и тем большее количество барьерного материала оказывается в зоне высоких температур и подвергается химическому воздействию по всему объему, результатом чего могут быть объемные изменения, оказывающие вертикальное воздействие на подовые блоки. Последнее негативно сказывается на сроке службы катодных устройств электролизеров.
Дополнительной возможностью для замедления проникновения жидкой фазы является установка графитовой фольги под верхним подслоем алюмосиликатного огнеупорного материала.
Под фольгой размещается огнеупорный слой с более высокой, чем в верхнем слое пористостью и более высоким содержанием оксида кремния. Это обусловлено с одной стороны необходимостью поглощения натрия, а с другой - формирования пористого подслоя огнеупорного слоя, имеющего более высокий градиент температур по его высоте и снижение температур в нижерасположенном слое теплоизоляционных материалов, состоящих из неграфитированных углеродных материалов (полукокса бурого угля). Это обеспечит снижение содержания цианидов. Однако пористость большая, чем 40% нежелательна по причине возможной усадки нижнего подслоя огнеупорного слоя.
В качестве нижнего подслоя огнеупорного слоя предлагается использовать природный материал порцелланит (естественно жженные глины), которые содержат оксид кремния (-65%) и оксид алюминия (-20%), вступающие в реакции с парообразным натрием с образованием альбита и нефелина. По своему химическому составу глиежи отличаются от шамота более высоким содержанием плавней (Na20, К20, FenOm) и более низким содержанием оксида алюминия. Концентрации оксида кремния в шамоте и в порцелланите практически равны. По этой причине, названные материалы обладают одинаковой способностью связывать натрий в прочное химическое соединение - альбит.
Более низкая концентрация оксида алюминия приведет только к снижению количества образовавшегося нефелина. Повышенное содержание оксидов железа при наличии кремнезема в системе будет способствовать связыванию натрия в силикат натрия:
2Na+FeO+Si02 =Fe +Na2Si03, AG° 973 K = -345580 Дж., (6) Порцелланит, как барьерный материал, должен располагаться в зоне температур ниже 718 °С, так как при более высоких температурах газовая фаза (СО - С02) обладает восстановительными свойствами относительно оксидов железа:
FeO + С = Fe + СО, AG0 991 к= 0. (7) Повышенное содержание железа в глиежах можно рассматривать как положительный фактор, так как введение их в полукоксы бурых углей, предотвратит образование цианида натрия, образование которого имеет более низкую вероятность, чем образование силикатов натрия, при восстановлении железа:
2Nanap+ N2 + С = 2NaCN, AG0 973 к = -151980 Дж. (8)
Порцелланит, как материал уже прошедший стадию обжига, представляет интерес для использования в качестве огнеупорных неформованных материалов при футеровке алюминиевых электролизеров различных конструкций. По огнеупорности глиежи занимают промежуточное положение между шамотными (-1550 °С) и диатомовыми (-1000 °С) кирпичами. По этой причине неформованные барьерные материалы на основе глиежей можно использовать как промежуточный огнеупорный материал, занимающий место в катодном устройстве электролизера между сухой барьерной смесью (СБС) на базе шамота и теплоизоляционными материалами, такими как диатомовые кирпичи, вермикулитовые плиты или полукоксы бурых углей.
Благодаря своим свойствам и низкой стоимости данный материал может оказаться вполне конкурентоспособным в современных условиях производства алюминия электролизом.
Воздействие натрия на порцелланит отличается от воздействия натрия на шамот. Вначале будет восстанавливаться железо до свободного состояния и только потом кремний с образованием альбита, нефелина, силиката натрия и силицидов железа. Процесс взаимодействия натрия с глиежами, как и при взаимодействии натрия с шамотом, завершится образованием алюмината натрия и силиката натрия. Отличие заключается только в образовании в большем количестве металлической фазы.
Верхний подслой теплоизоляционного материала выполнен из неграфитированного углерода (полукокса бурого угля). Он имеет малую плотность и низкие значения коэффициента теплопроводности, обусловленную наличием закрытой пористости. Общая пористость верхнего слоя теплоизоляции должна быть не менее 60% по причине недопустимости утраты теплоизоляционных свойств, а нижнего слоя - не более 90% по соображениям недопустимости сильной усадки.
В процессе работы в зависимости от толщины вышерасположенных огнеупорных слоев, их теплового сопротивления и способности к поглощению натрия, в верхних подслоях теплоизоляционных слоев может формироваться определенное количество цианидов натрия. Однако смесь неграфитированного углерода и алюмосиликатных материалов (например, порцелланита) всегда будет приводить к снижению содержания цианидов в верхних слоях теплоизоляции. Достижение технического результата возможно только при заявленных соотношениях параметров конструктивных элементов устройства и способа осуществления процессов футерования.
Краткое описание чертежей
Сущность изобретения поясняется следующим графическим материалом, где:
на фиг. 1 изображена катодная футеровка электролизера, на фиг.2 - график расчетного распределения температур по высоте цокольной части футеровки, на горизонтальной оси которого представлено расстояние по глубине цоколя, отсчитываемая вертикально вниз от подошвы подового блока, а на вертикальной оси - расчетные значения температуры,
на фиг. 3 - представлены результаты дериватографического анализа,
на фиг. 4 - представлена зависимость коэффициента проницаемости от размеров пор
на фиг. 5 - представлена зависимость содержания цианидов натрия в различных материалах от температуры.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 показано, что футеровка состоит из нижнего подслоя теплоизоляционного слоя из неграфитированного углеродного материала 1 пористостью до 90%, расположенного над ним верхнего подслоя теплоизоляционного слоя 2 с пористостью до 60%, над которыми располагается нижний подслой 3 алюмосиликатного огнеупорного слоя (порцелланита), имеющий пористость до 40%, покрытый верхним подслоем огнеупорного слоя 4, имеющим пористость до 17% и имеющего высокое сопротивление к проникновению компонентов электролита, проникающим через подину, состоящую из углеродных блоков 5. По периметру внутренней боковой поверхности металлического кожуха выполнена кладка кирпичной бровки 6. Подовая масса 7 заполняет пространство между углеродными блоками 5 и бортовым блоком 8. Блюмс 9 соединен с углеродным блоком 5. Под верхним подслоем огнеупорного слоя установлена графитовая фольга 10. Между углеродными блоками 5 и кирпичной бровкой 6 выполнен периферийный шов 1 1.
Результаты расчетов, выполненные для катодной футеровки электролизера производства первичного алюминия футеровки трех различных вариантов исполнения представленны на фиг. 2.
В первом варианте при общей высоте подкатодного пространства 425 мм толщина огнеупорного слоя составляла 100 мм, а толщина теплоизоляционного слоя - 325 мм. Соотношение толщин огнеупорного и теплоизоляционного слоев составляла ~ (1 : 3,25).
Во втором варианте толщина огнеупорного слоя составляла 155 мм, а толщина теплоизоляционного слоя - 280 мм. Соотношение толщин огнеупорного и теплоизоляционного слоев составляет ~ (1 : 1,8).
В третьем варианте толщина огнеупорного слоя составляла 200 мм, а толщина теплоизоляционного слоя - 215 мм. Соотношение толщин огнеупорного и теплоизоляционного слоев составляла ~ (1 : 1 ,1).
На вертикальной оси отмечены два значения температуры. Первая температура - это температура плавления карбоната натрия, равная 852 °С, а вторая - температура кристаллизации натрия в условиях подкатодного пространства равная 542 °С.
Как видно из представленных данных для первого варианта карбонат натрия образуется на глубине 120-125 мм. Толщина алюмосиликатного огнеупорного слоя (барьерной смеси) для данной смеси составляла 100 мм. Поэтому в теплоизоляционном слое на глубине 20-25 мм формируется порошкообразный материал, насыщенный цианидами. В нижерасположенном слое цианиды располагаются в монолитоообразном карбонате натрия и экологическая 9 угроза минимальна, поскольку традиционно в подовых блоках всегда формируются цианиды натрия.
Для третьего варианта с максимальной толщиной огнеупорного слоя - 200 мм карбонат натрия в теплоизоляции формируется ниже слоя и угрозы распространения цианидов в пылеобразном состоянии нет. Однако при этом тепловая и экономическая эффективность катодного устройства наиболее низка по причине высокого коэффициента теплопроводности и стоимости огнеупорного слоя по сравнению с углеродным материалом.
Поэтому вариант 2 с толщиной сухой барьерной смеси равной
155 мм является более предпочтительным, по сравнению с вариантами 1 и 3. , т.к. в первом варианте образуется недопустимо высокое содержание цианидов натрия в верхних подслоях теплоизоляционного слоя, что подтверждается результатами аутопсии опытного электролизера. Третий вариант не является оптимальным, т.к. увеличиваются тепловые потери через днище кожуха, а часть подслоев теплоизоляционного слоя замещается подслоями огнеупорного слоя, которые имеют более высокий коэффициент теплопроводности. Кроме того это приводит к удорожанию футеровки, т.к. огнеупорный материал более дорогостоящий.
Катодная футеровка электролизера производства первичного алюминия осуществляется с помощью способа того же назначения следующим образом.
Предварительно производится демонтаж отработавшего свой срок катодного устройства с неформованными материалами. Неграфитированный углерод в теплоизоляционном слое в процессе службы преобразуется в двухслойный материал. Снизу он сохраняет порошкообразное состояние, а сверху имеет связанную монолитную структуру, имеющую темно-маслянистый оттенок. Материал находится в пространстве между изотермой 850 °С, соответствующей температуре ликвидус карбоната натрия и температурой конденсации натрия в условиях работы материалов в подкатодном пространстве 540 °С.
Материал из нижнего подслоя теплоизоляционного слоя, расположенного ниже изотермы 540°С сохраняет свои первоначальные свойства и состоит преимущественно из углерода ~ 95 % (Таблица 1).
Таблица 1. Результаты рентгенофазового анализа вещественного состава нижнего подслоя теплоизоляционного слоя футеровки
Figure imgf000018_0001
Концентрации цианидов в данной зоне, определенная фотометрическим методом, составляла 0,12 и 0,43 %, соответственно.
Вышерасположенная монолитизированная зона состоит преимущественно из карбоната натрия и углерода (Таблица 2). Концентрация цианидов в данной зоне, определенная фотометрическим методом, составляла 4,3 %. Коэффициент теплопроводности нижних слоев футеровочных материалов сохраняет первоначальное значение ~ 0,09 Вт/(мК). Поэтому неграфитированный углерод или его смесь с порошком алюмосиликатного или глиноземистого состава без какой-либо дополнительной обработки, может быть использован повторно для формирования верхнего подслоя теплоизоляционного слоя. Таблица 2. Результаты рентгенофазового анализа вещественного состава верхнего подслоя теплоизоляционного слоя футеровки
Figure imgf000019_0001
При этом возможно использование неграфитированного углорода в смеси с алюмосиликатным материалом (порцелланитом). Такая смесь имеет более низкий, чем отдельно порцелланит, коэффициент теплопроводности и меньшее, чем неграфитированный углерод содержание цианидов. Это подтверждается результатами работы опытного электролизера, в котором смесь неграфитированного углерода и алюмосиликатного порошка располагалась непосредственного под подовыми блоками. Содержание цианидов натрия в извлеченном смесевом материале из электролизера, проработавшего более 2300 суток, составляло всего 0,4%.
Для верхнего подслоя теплоизоляционного слоя, коэффициент теплопроводности имеет более высокое значение - 0,5 Вт/(мК). С учетом более высокого содержания цианидов и кускообразного состояния повторное использование материала из верхнего подслоя теплоизоляционного слоя по прямому назначению невозможно. Наиболее эффективно материал верхнего подслоя теплоизоляционного слоя утилизируется методом прямого сжигания с получением тепловой энергии. Как показывают результаты дериватографического анализа (Фиг.З) для этого достаточно температуры свыше 600 °С. В качестве неграфитированного углерода целесообразно использовать продукты пиролиза бурых углей, полученных при температурах 600-800°С. При более низких температурах не обеспечивается взрывобезопасность, за счет высокого содержания летучих веществ, а при более высокой температуре уменьшается коксовый остаток и снижается производительность процесса
Использование вышеописанной катодной футеровки и способа футеровки позволит снизить содержание цианидов в верхних слоях теплоизоляции и обеспечить условия для повторного использования материала для теплоизоляционного слоя, а также сократить количество отходов и улучшить экологическую обстановку в районах расположения заводов по производству алюминия.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Футеровка катодного устройства электролизера для получения алюминия, включающая подовые и бортовые блоки, соединенные между собой холоднонабивной подовой массой, огнеупорный и теплоизоляционный слои из неформованных материалов, причем огнеупорный слой выполнен из алюмосиликатного материала, а теплоизоляционный слой из неграфитированного углерода или его смеси с порошком алюмосиликатного или глиноземистого состава, отличающаяся тем, что теплоизоляционный и огнеупорный слои состоят не менее чем из двух подслоев, при этом пористость теплоизоляционного и огнеупорного слоев увеличивается от верхнего подслоя к нижнему, а соотношение толщин огнеупорного и теплоизоляционного слоев составляет не менее 1/3.
2. Футеровка по п. 1, отличающаяся тем, что соотношение толщин огнеупорного и теплоизоляционного слоев составляет 1 : (1-3).
3. Футеровка по п. 1, отличающаяся тем, что увеличение пористости огнеупорного слоя от верхнего подслоя к нижнему составляет от 17 до 40 %, а увеличение пористости теплоизоляционного слоя от верхнего подслоя к нижнему от 60 до 90%.
4. Футеровка по п. 1 , отличающаяся тем, что в качестве одного из подслоев огнеупорного слоя используют природный материал, в частности, порцелланит.
5. Футеровка по п. 1, отличающаяся тем, что между подслоями огнеупорного слоя установлена графитовая фольга.
6. Футеровка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве неграфитированного углерода используют продукты пиролиза бурых углей, полученных при температурах 600-800°С.
7. Способ создания футеровки катодного устройства электролизера для получения алюминия, включающий засыпку теплоизоляционного слоя с использованием неграфитированного углерода в кожух катодного устройства, формирование огнеупорного слоя, установку подовых и бортовых блоков с последующей заделкой швов между ними холоднонабивной подовой массой, отличающийся тем, что в верхний подслой теплоизоляционного слоя засыпают преимущественно неграфитированный углерод, предварительно извлеченный из нижнего подслоя теплоизоляционного слоя ранее отработанного катодного устройства электролизера или его смеси с порцелланитом, имеющий коэффициент теплопроводности и насыпную плотность не выше первоначальных, при этом обеспечивают теплоизоляционный и огнеупорный слои состоящими не менее чем из двух подслоев, увеличение пористости теплоизоляционного и огнеупорного слоев от верхнего подслоя к нижнему, и соотношение толщин огнеупорного и теплоизоляционного слоев не менее 1/3.
8. Способ по п. 7, отличающаяся тем, что соотношение толщин огнеупорного и теплоизоляционного слоев преимущественно составляет 1 : (1-3).
9. Способ по п. 7, отличающаяся тем, что увеличение пористости огнеупорного слоя от верхнего подслоя к нижнему составляет от 17 до 40 %, а увеличение пористости теплоизоляционного слоя от верхнего подслоя к нижнему от 60 до 90%.
10. Способ по п. 7, отличающаяся тем, что в качестве одного из подслоев огнеупорного слоя используют природный материал, в частности, порцелланит.
1 1. Способ по п. 7, отличающаяся тем, что между подслоями огнеупорного слоя устанавливают графитовую фольгу.
12. Электролизер для производства алюминия, включающий катодное устройство, содержащее ванну с угольной подиной, выложенную из угольных блоков с вмонтированными катодными токоподводами, заключенными в металлический кожух, с размещенными между металлическим кожухом и угольными блоками огнеупорными и теплоизоляционными материалами, анодное устройство, содержащее один или несколько угольных анодов, соединенных с анодной шиной, размещенных в верхней части ванны и погруженных в расплавленный электролит, отличающийся тем, что футеровка катодного устройства выполнена по п. 1.
PCT/RU2016/000619 2015-09-10 2016-09-09 Футеровка катодного устройства электролизера для производства алюминия WO2017044010A1 (ru)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BR112017025762-9A BR112017025762B1 (pt) 2015-09-10 2016-09-09 Forro de um conjunto de cátodos de uma célula de redução para produção de alumínio, seu método de instalação, e célula de redução
EP16844794.4A EP3348677B1 (en) 2015-09-10 2016-09-09 Lining of cathode assembly of electrolysis cell for producing aluminium
CN201680036165.1A CN107709624B (zh) 2015-09-10 2016-09-09 用于铝生产的还原槽的阴极组件的内衬
CA2986890A CA2986890C (en) 2015-09-10 2016-09-09 Lining of a cathode assembly of a reduction cell for production of aluminum, method for installation thereof and reduction cell having such lining
AU2016319731A AU2016319731B2 (en) 2015-09-10 2016-09-09 Lining of cathode assembly of electrolysis cell for producing aluminium
US15/753,142 US10604855B2 (en) 2015-09-10 2016-09-09 Lining of a cathode assembly of a reduction cell for production of aluminum, method for installation thereof and reduction cell having such lining
NO20180334A NO20180334A1 (en) 2015-09-10 2018-03-07 Lining of a cathode assembly of electrolysis cell for producing aluminium

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015138693A RU2608942C1 (ru) 2015-09-10 2015-09-10 Катодная футеровка электролизера производства первичного алюминия
RU2015138693 2015-09-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017044010A1 true WO2017044010A1 (ru) 2017-03-16

Family

ID=58240368

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2016/000619 WO2017044010A1 (ru) 2015-09-10 2016-09-09 Футеровка катодного устройства электролизера для производства алюминия

Country Status (9)

Country Link
US (1) US10604855B2 (ru)
EP (1) EP3348677B1 (ru)
CN (1) CN107709624B (ru)
AU (1) AU2016319731B2 (ru)
BR (1) BR112017025762B1 (ru)
CA (1) CA2986890C (ru)
NO (1) NO20180334A1 (ru)
RU (1) RU2608942C1 (ru)
WO (1) WO2017044010A1 (ru)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2685821C1 (ru) * 2018-06-07 2019-04-23 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Катодное устройство алюминиевого электролизера
RU2714565C1 (ru) * 2019-08-15 2020-02-18 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Алюминиевый электролизер с утепленной бортовой футеровкой
RU2727377C1 (ru) * 2019-11-25 2020-07-21 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Способ рециклинга футеровочного материала катодного устройства электролизера и устройство для его осуществления
CN110894613B (zh) * 2019-12-20 2024-03-26 东杰智能科技集团股份有限公司 电解铝生产中的多推头碳素体块解组装置
RU2754560C1 (ru) 2020-11-25 2021-09-03 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Способ футеровки катодного устройства электролизера для получения алюминия

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1261973A1 (ru) 1985-03-11 1986-10-07 Иркутский Филиал Всесоюзного Ордена Октябрьской Революции Научно-Исследовательского И Проектного Института Алюминиевой,Магниевой И Электродной Промышленности Способ монтажа подины алюминиевого электролизера
US6258224B1 (en) * 1998-12-16 2001-07-10 Alcan International Limited Multi-layer cathode structures
RU2266983C1 (ru) * 2004-03-16 2005-12-27 Общество с ограниченной ответственностью "Инженерно-технологический центр" Катодная футеровка алюминиевого электролизера
CN1928161A (zh) * 2006-08-11 2007-03-14 王文 铝电解槽用侧部内衬及废阴极在制备其侧部内衬中的应用
RU2318921C1 (ru) * 2006-04-26 2008-03-10 Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания" Футеровка катодного устройства электролизера для производства первичного алюминия
RU2385972C1 (ru) 2008-11-21 2010-04-10 ЮНАЙТЕД КОМПАНИ РУСАЛ АйПи ЛИМИТЕД Способ футеровки катодного устройства электролизера для получения алюминия
EP3327177A1 (en) 2015-07-24 2018-05-30 (Obshchestvo S Ogranichennoy Otvetstvennost'Yu "Obedinennaya Kompaniya Rusal Inzhen-Erno- Tekhnologicheskiy Tsentr) Method for lining a cathode assembly of an electrolysis tank for producing primary aluminium (variants)

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4160715A (en) * 1978-06-28 1979-07-10 Aluminum Company Of America Electrolytic furnace lining
SU872605A2 (ru) * 1980-02-28 1981-10-15 Братский Ордена Ленина Алюминиевый Завод Футеровка катодной части алюминиевого электролизера
EP0193491A1 (de) * 1985-02-15 1986-09-03 Schweizerische Aluminium Ag Elektrolysewanne
CN1113967A (zh) * 1994-06-23 1995-12-27 浑江铝厂 一种带有碱性防渗挡板的铝电解槽
CN1136600A (zh) * 1996-02-13 1996-11-27 包头铝厂 一种铝电解槽内衬及其制作方法
CN2296347Y (zh) * 1997-04-09 1998-11-04 抚顺铝厂 一种铝电解槽内衬
US5961811A (en) * 1997-10-02 1999-10-05 Emec Consultants Potlining to enhance cell performance in aluminum production
CN2892893Y (zh) * 2006-04-13 2007-04-25 贵阳铝镁设计研究院 一种铝精炼电解槽防渗漏保温及镁砖型内衬结构
CN101037775A (zh) * 2007-04-25 2007-09-19 中国铝业股份有限公司 一种大型预焙铝电解槽内衬结构
CN103726072B (zh) * 2013-12-11 2016-10-12 中国铝业股份有限公司 一种铝电解槽的防渗方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1261973A1 (ru) 1985-03-11 1986-10-07 Иркутский Филиал Всесоюзного Ордена Октябрьской Революции Научно-Исследовательского И Проектного Института Алюминиевой,Магниевой И Электродной Промышленности Способ монтажа подины алюминиевого электролизера
US6258224B1 (en) * 1998-12-16 2001-07-10 Alcan International Limited Multi-layer cathode structures
RU2266983C1 (ru) * 2004-03-16 2005-12-27 Общество с ограниченной ответственностью "Инженерно-технологический центр" Катодная футеровка алюминиевого электролизера
RU2318921C1 (ru) * 2006-04-26 2008-03-10 Общество с ограниченной ответственностью "Русская инжиниринговая компания" Футеровка катодного устройства электролизера для производства первичного алюминия
CN1928161A (zh) * 2006-08-11 2007-03-14 王文 铝电解槽用侧部内衬及废阴极在制备其侧部内衬中的应用
RU2385972C1 (ru) 2008-11-21 2010-04-10 ЮНАЙТЕД КОМПАНИ РУСАЛ АйПи ЛИМИТЕД Способ футеровки катодного устройства электролизера для получения алюминия
EP3327177A1 (en) 2015-07-24 2018-05-30 (Obshchestvo S Ogranichennoy Otvetstvennost'Yu "Obedinennaya Kompaniya Rusal Inzhen-Erno- Tekhnologicheskiy Tsentr) Method for lining a cathode assembly of an electrolysis tank for producing primary aluminium (variants)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3348677A4

Also Published As

Publication number Publication date
CN107709624A (zh) 2018-02-16
EP3348677A4 (en) 2019-10-09
CN107709624B (zh) 2020-05-05
BR112017025762A2 (pt) 2018-08-14
BR112017025762B1 (pt) 2022-04-19
AU2016319731B2 (en) 2022-03-24
CA2986890C (en) 2019-11-12
AU2016319731A1 (en) 2017-12-07
EP3348677B1 (en) 2023-04-26
EP3348677A1 (en) 2018-07-18
RU2608942C1 (ru) 2017-01-26
CA2986890A1 (en) 2017-03-16
NO20180334A1 (en) 2018-03-07
US20180237926A1 (en) 2018-08-23
US10604855B2 (en) 2020-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017044010A1 (ru) Футеровка катодного устройства электролизера для производства алюминия
RU2385972C1 (ru) Способ футеровки катодного устройства электролизера для получения алюминия
RU2415974C2 (ru) Электролизная ванна для получения алюминия
CA2997712C (en) Method for lining a cathode of a reduction cell for production of primary aluminum
RU2318921C1 (ru) Футеровка катодного устройства электролизера для производства первичного алюминия
CN111996551A (zh) 铝电解槽阴极槽底保温层结构
RU2593247C1 (ru) Способ футеровки катодного устройства электролизера для получения алюминия
EP3327177B1 (en) Method for lining a cathode assembly of an electrolysis tank for producing aluminium
RU2221087C2 (ru) Подина алюминиевого электролизера
Malakho et al. Materials Based on Thermally Expanded Graphite in the Metallurgical Industry
RU2685821C1 (ru) Катодное устройство алюминиевого электролизера
RU2754560C1 (ru) Способ футеровки катодного устройства электролизера для получения алюминия
CA2856287C (en) High temperature electrolysis cell refractory system, electrolysis cells, and assembly methods
EA044720B1 (ru) Способ футеровки катодного устройства электролизера для получения алюминия
RU2095487C1 (ru) Футеровка катодной части алюминиевого электролизера
RU2125621C1 (ru) Футеровка кожуха алюминиевого катодного электролизера
CN205443475U (zh) 一种组装式耐高温电解炉
RU2458185C1 (ru) Катодное устройство алюминиевого электролизера
CN111996552A (zh) 一种铝电解槽阴极底部保温层结构和构造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16844794

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2986890

Country of ref document: CA

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016319731

Country of ref document: AU

Date of ref document: 20160909

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15753142

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01A

Ref document number: 112017025762

Country of ref document: BR

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 112017025762

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2

Effective date: 20171130