Электролизер для получения алюминия

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при получении алюминия в электролизерах с самоспекающимися анодами.

Известен электролизер с самообжигающимся электродом, включающий разделенный на две секции анод, размещенный в двух анодных кожухах, между которыми расположены съемная крышка и система охлаждения в виде петель труб подвода охлаждающего воздуха [патент RU №2121014, от 06.01.1995, опубл. 27.10.1998].

Недостаток известного электролизера заключается в интенсификации потери теплоты от анодных кожухов вследствие увеличения суммарной площади теплоотдающих поверхностей и применения воздушного охлаждения с помощью тягодутьевых машин.

Известен электролизер для получения алюминия, в котором самоспекающийся анод содержит три анодных блока, каждый из которых снабжен продольной балкой анодной рамы и двумя рядами токоподводящих штырей [патент RU №2187581, опубл. 20.08.2002].

Недостатком известного электролизера является сложность герметизации газоходных каналов, размещенных между анодными блоками.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является электролизер для получения алюминия, включающий размещенный в анодном кожухе самоспекающийся анод на границе между коксо-пековой композицией и зоной полукокса разделенный горизонтальной перегородкой, размещенной на высоте от нижней кромки анодного кожуха и оборудованной вертикальными ячейками с образованием анодных блоков, удерживаемых от падения в расплав токопроводящими штырями, при этом ячейки размещены с зазором между ними для обеспечения движения образующихся анодных газов в систему газоотсоса [патент РФ 2657395 от 13.06.2018].

Недостатком известного электролизера является риск коксования жидкой коксо-пековой композиции непосредственно на поверхности горизонтальной перегородки, а также в значительной площади поверхности жидкой коксо-пековой композиции, с которой происходит испарение и поступление в атмосферу корпуса смолистых веществ.

Задачей заявляемого изобретения является снижение потерь теплоты электролизером через анодное устройство и снижение выбросов смолистых веществ с поверхности самоспекающегося анода.

Поставленная задача достигается тем, что электролизер для получения алюминия, включающий размещенный в анодном кожухе самоспекающийся анод, разделенный на границе между коксо-пековой композицией и зоной полукокса горизонтальной перегородкой, размещенной на высоте от нижней кромки анодного кожуха и оборудованной вертикальными ячейками, с образованием анодных блоков, удерживаемых от падения в расплав токопроводящими штырями, с размещенными с зазором ячейками на горизонтальной перегородке, при этом, на уровне верхней кромки анодных ячеек оборудована дополнительная горизонтальная перегородка с окнами, длина и ширина которых равна длине и ширине вертикальных ячеек, а высота анодных ячеек равна высоте анодного кожуха, при этом, пространство между горизонтальными перегородками заполнено теплоизолирующим материалом.

Высота анодных ячеек равная высоте анодного кожуха обосновывается тем, что в этом случае вся потребляемая электролизером анодная масса загружается непосредственно в ячейку, где происходит формирование самоспекающегося анода - плавление анодной массы и ее переход в жидкую коксо-пековую композицию, и дальнейшее коксование, с первоначальным образованием полукокса, и далее - кокса.

Целесообразность дополнительной горизонтальной перегородки, на уровне верхней кромки анодных ячеек, обосновывается тем, что в этом случае слой жидкой коксо-пековой композиции находится непосредственно в ячейке, в которой происходит формирование самоспекающегося анода, и таким образом обеспечивается снижение выбросов в атмосферу корпуса смолистых веществ, испаряющихся с поверхности анода.

Наличие между горизонтальными перегородками теплоизолирующего материала снижает потери теплоты через анодное устройство и, таким образом, уменьшает энергопотребление электролизера и повышает его энергетическую эффективность.

Заявляемый алюминиевый электролизер с самоспекающимся анодом поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображен продольный разрез электролизера, на фиг. 2 - продольный разрез анодного узла электролизера, где: 1 - анодный кожух; 2 - нижняя горизонтальная перегородка; 3 - токоподводящие анодные штыри; 4 - ячейки анода; 5 - теплоизолирующий слой; 6 - спекшиеся анодные блоки; 7 - катодный узел электролизера; 8 - криолитоглиноземная корка; 9 - газоотводящий патрубок; 10 - верхняя горизонтальная перегородка; 11 - окна в горизонтальной перегородке.

Алюминиевый электролизер с самоспекающимся анодом работает следующим образом. Загружаемая в ячейки 4 анодная масса, по мере нагревания до температуры 80÷120°С плавится, переходя вначале в фазу жидкой коксо-пековой композиции, далее - в твердые фазы полукокса и кокса. Сформированный анодный блок 6 удерживается в ячейке токоподводящими анодными штырями 3. Жесткое крепление ячеек в анодном кожухе, зазоры между ячейками, а также между ячейками и стенками анодного кожуха обеспечивает горизонтальная перегородка 2 и 10, оборудованные окнами 11, длина и ширина которых равны длине и ширине ячеек. Снижение потерь теплоты через анодное устройство обеспечивается слоем теплоизоляции 5, размещенной между горизонтальными перегородками. Анодные газы, образующиеся при коксовании и окислении самоспекающегося анода, по зазорам l₁ между ячейками 4 движутся к газоотводящим патрубкам 9, откуда они направляются в систему газоотсоса. Выбиванию анодных газов в атмосферу корпуса препятствует криолитоглиноземная корка 8, укрывающая поверхность между анодным кожухом 1 и катодным узлом 7 электролиза. Таким образом, уменьшение пути движения анодных газов под анодными блоками снижает объем газосодержащего слоя электролита, а уменьшение площади поверхности жидкой коксо-пековой композиции сокращает выбросы испаряющихся смолистых веществ в атмосферу корпуса.

Технический результат заявляемого электролизера заключается в снижении потерь теплоты через анодное устройство электролизера и выбросов смолистых веществ с его поверхности.