Результат интеллектуальной деятельности: Способ защиты угольной части анода от окисления

Заявляемое изобретение относится к производству алюминия в электролизерах с обожженным анодом, и может быть использовано для защиты анода от окисления воздухом и оксидом углерода, образующимся при его сгорании, а также от образования на его подошве неровностей, или т.н. «конусов».

Известен способ защиты анода от окисления путем загрузки на его поверхность укрывного материала, представляющего собой смесь глинозема и измельченного оборотного электролита [Янко Э.А. Производство алюминия. Пособие для мастеров и рабочих цехов электролиза алюминиевых заводов, С. Петербург, изд-во С. Петербургского университета, 2007. - 305 с.].

Недостаток известного способа заключается в высокой пористости укрывного материала, способной обеспечить доступ воздуха к аноду, и в необходимости периодического удаления укрывного материала с анода при выполнении технологических операций, связанных с разгерметизацией укрытия.

Известен способ снижения окисляемости анода на воздухе путем добавки в него на стадии формирования до 5% масс. глинозема [Т. Muftuoglu and Н.А. Оуе. Reactivity and electrolytic consumption of anode carbon witch various addivites / Light Metals 1987, pp. 667-672.].

Недостаток известного способа заключается в том, что реакционная способность анода с добавкой глинозема в среде CO₂ не уменьшается, поскольку при высоких температурах массовый перенос газа-реагента с внешней поверхности вглубь анода по порам становится более вероятным.

Известны способы выравнивания подошвы анода алюминиевого электролизера путем снижения глубины погружения анода в электролит до возникновения анодного эффекта и сжигания, таким образом, неровности [А.с. СССР №773148, опубл. 23.10.1980], и увеличением межэлектродного расстояния на высоту неровности, путем подачи к подошве анода газ-окислитель в импульсном режиме с интервалом 1-3 с под давлением 1-2 атм [А.с. СССР №712461, опубл. 30.01.1980].

Недостатками известных способов заключаются в том, что они предназначены лишь для устранения неровностей и не решают проблему защиты угольной части анода.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является RU 238774 МПК С25С 3/12 (2006.01) Опубликовано: 27.04.2010 Бюл. №12 КОММОНВЕЛТ САЙЕНТИФИК ЭНД ИНДАСТРИАЛ РИСЕРЧ ОРГАНИЗЕЙШН (AU)

Задачей заявляемого изобретения является снижение окисления анода в токе воздуха и СО/СО₂, и как следствие риска образования на его подошве неровностей в виде корок застывшего электролита и частичек угольной пены при установке в электролизер холодного анода.

Достигается это тем, что в способе защиты угольной части анода от окисления, включающем нанесение глинозема на подошву и боковые стенки анода, согласно изобретению, нанесение глинозема на подошву и боковые стенки анода ведут путем погружения анода в емкость с коллоидным раствором глинозема с размером частиц 3-5 мм с образованием зазора 5-10 см между боковыми поверхностями стенок, подошвой анода и стенками емкости, и воздействия на анод в течение 8-12 сек ультразвуком от 2-5 атм, и частотой 18 кГц посредством источников мощностью от 5 до 10 кВт, которые устанавливают в боковых стенках и днище емкости с внешней стороны Звуковое давление от 2 до 5 атм на частоте 18 кГц в течение 8…12 с обосновывается тем, что при этих параметрах звуковой эффект превышает силы поверхностного натяжения более чем в 10 раз, и скорость подъема водяной суспензии коллоидного глинозема в поры в начальный момент достигает 100…120 см/с, постепенно снижаясь до 15…20 см/с. Таким образом высота подъема водяной суспензии коллоидного глинозема в поры за период 8…12 с достигает 60…70 см, т.е. той высоты, на которую сгорает анод за время всего его срока службы в электролизере, и в течение всего срока службы анода обеспечивается его защита от окисления проникающим в поры СО/СО₂ и воздухом.

Зазор между боковыми поверхностями, подошвой угольной части анода и стенками емкости, составляет от 5 до 10 см. и обеспечивает проникновение глиноземной суспензии в поверхность анода и предотвращает его от окисления. При зазоре больше 10 см давление ультразвука, проходящего через слой суспензии, снижается, что уменьшает глубину проникновения водяной суспензии коллоидного глинозема. При зазоре меньше 5 см возникает риск истирания о стенки емкости боковых поверхностей анода в случае неточности его установки в емкость.

Заявляемый способ защиты анода от окисляемости и риска образования неровностей на его подошве поясняется графически. На фиг. изображен: 1 - анод; 2 - анодная штанга; 3 - емкость; 4 - глиноземная суспензия; 5 - магнитострикционные излучатели УЗ; 6 - соединительный провод; 7 - генератор УЗ колебаний.

Заявляемый способ защиты анода осуществляется следующим образом. Анод 1 помещается в емкость 3, наполненную суспензией коллоидного глинозема 4. Зазор между подошвой анода и днищем емкости обеспечивается удержанием анода за анодную штангу 2 краном. Звуковое давление в емкости создается с помощью магнитострикционных излучателей 5, подсоединенных с помощью соединительных проводов 6 к генератору УЗ колебаний.

Слой коллоидного глинозема, нанесенный на боковые поверхности анода, защищает их от окисления воздухом, который может проникнуть через поры укрывного материала.

Проникновению вглубь анода оксиду углерода препятствуют заполненные под воздействием звукокапиллярного эффекта поры на высоту на 60…70 см, т.е. практически на высоту, равную высоте сгорания анода.

Слой глинозема, нанесенный на подошву анода, в первоначальный момент, после установки в электролизер холодного анода, является электроизолятором, снижающим время нагрева анода до рабочей температуры. При этом частицы застывшего электролита и угольной пены, налипшие на подошву анода, не контактируют с угольной частью анода, создавая с ней монолитного образования. По мере нагрева анода до рабочей температуры, защитный слой глинозема вместе с застывшими частицами электролита и угольной пены растворяется в электролите предотвращая таким образом риск образования неровностей на подошве анода (так называемых «конусов», «отставаний»). Происходит это за счет дополнительного снабжения пространства под подошвой анода ионами кислорода.

Преимущество заявляемого способа заключается в том, что он обеспечивает надежную защиту поверхностей анода в течение всего срока его службы, в т.ч. при удалении с них укрывного материала, а также предотвращает риск образования на подошве анода неровностей, который происходит при отсутствии в поданодном слое электролита ионов кислорода и разряжении оксифторидных комплексов.