Результат интеллектуальной деятельности: ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству алюминия в электролизерах с обожженными анодами, и направлено на сокращение удельного потребления электрической энергии и повышение энергетической эффективности электролизного производства путем снижения газонаполненности электролита и уменьшения потерь напряжения на преодоление его сопротивления.

Известен электролизер для производства алюминия, в угольном анодном блоке которого выполнены вертикальные отверстия в виде усеченных конусов, нижний диаметр которых больше верхнего в 1,9÷2,1 раз и составляет 80-400 мм, а количество отверстий - 8÷100 шт. (патент РФ №2485216 RU от 21.02.2012, опубл. 20.06.2013). Отверстия сокращают путь газовых пузырей и уменьшают толщину газовой прослойки, что снижает потери напряжения на ванне и уменьшает потребление электроэнергии электролизером. Конические отверстия в аноде способствуют росту скорости газа в них по направлению снизу вверх и удалению таким образом угольной пены на поверхность анода.

Недостатком известного электролизера является значительная площадь отверстий в анодном угольном блоке, уменьшающая площадь его контакта с расплавом, и низкая скорость движения газов в отверстии, недостаточная для выноса углерода на поверхность анода, наличие дополнительной поверхности, подверженной окислению анодными газами и кислородом атмосферного воздуха, что увеличивает расход анодов и создает риск закупоривания газоотводящих отверстий жидким электролитом, наносимом на поверхность анода в качестве защитного слоя.

Известен электролизер для производства алюминия, содержащий угольные аноды с каналами и катодное устройство, включающее слой жидкого алюминия на подине и катодные стержни из нерастворимых в алюминии материалов, верхняя часть которых, выступающая из жидкого алюминия, выполнена формой, соответствующей форме противоположных каналов в аноде [Патент РФ №2282680 RU от 05.04.2005, опубл. 27.08.2006.].

Недостатками известного электролизера являются риск образования градиентов плотности и повышенной структурной напряженности в зоне пазов, что увеличивает вероятность образования трещин и газопроницаемость анода, чувствительность анода к механическим воздействиям, образование вертикальных трещин как продолжение пазов.

Задачей заявляемого изобретения являются сокращение потребления электроэнергии электролизером и снижение расхода обожженного анода путем уменьшения толщины газосодержащего слоя электролита, снижение риска окисления анода анодными газами и кислородом атмосферного воздуха и исключение закупоривания газоотводящих отверстий электролитом, наносимом на поверхность анода в качестве защитного слоя.

Достигается это тем, что электролизер для производства алюминия, содержащий угольные аноды с вертикальными отверстиями и катодное устройство, включающее слой жидкого алюминия на подине, при этом внутренняя поверхность каждого отверстия анода защищена корундовой трубкой, высота которой превышает высоту анода и отношение этих высот удовлетворяет условию h:H=(1,05÷1,15):1, при этом количество отверстий в аноде должно быть не менее одного.

Данные пределы отношений высот обосновываются следующим. Высота свежего анода до его установки в электролизер составляет 700-800 мм, высота защитного слоя электролита, наносимого на его поверхность - 20-30 мм. Уменьшение высоты верхнего среза трубок над верхней плоскостью анода менее 0,05 Н создает риск закупоривания трубки при нанесении защитного слоя электролита, увеличение этого параметра более 0,15 Н создает риск поломки трубки при транспортировке анода и его установке в электролизер.

Выбор корундовых трубок обосновывается тем, что они на 95-97% состоят из глинозема, а температура их эксплуатации достигает 1650-1700°C, что значительно выше температуры расплава электролита в электролизной ванне. При контакте с расплавом материал такой трубки подвергается электролизу с образованием жидкого алюминия и диоксида углерода, не загрязняя при этом металл, производимый электролизером.

Заявляемый обожженный анод поясняется графически. На фиг. изображен общий вид анода с газоотводящими отверстиями, защищенными корундовыми трубками, где: 1 - анод; 2 - отверстия, защищенные корундовыми трубками.

Заявляемый обожженный анод работает следующим образом. Газовые пузыри, образующиеся в процессе окисления анода, движутся по пути наименьшего сопротивления, до края подошвы анода или в отверстия. При этом через отверстия удаляется минимум половина образующихся анодных газов, что сокращает толщину газосодержащего слоя электролита и затраты электроэнергии на преодоление его сопротивления в 1,5-2 раза, а защита отверстия корундовой трубкой исключает риск окисления анода отходящими анодными газами.

Преимуществами заявляемого изобретения являются уменьшение удельного потребления электроэнергии электролизером с обожженным анодом на 300-400 кВт·ч/т(Al) и исключение риска загрязнения производимого электролизером алюминия примесями при растворении корундовой трубки в электролите.