Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ УКРЫТИЯ АНОДНОГО МАССИВА

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к производству алюминия электролитическим способом, направлено на уменьшение скорости окисления угольной части анода и снижение потерь тепла через верх укрытия, сокращение затрат, связанных с подготовкой укрывного материала, и может быть использовано в электролизерах с предварительно обожженным анодом.

Известен способ эксплуатации электролизера с обожженными анодами, где с целью уменьшения скорости окисления анода и потерь тепла электролизером анодный массив укрывается глиноземом. Толщина слоя глинозема на корке электролита составляет 14-16 см и на аноде 7-8 см [Патент США №3756929, кл. 204-67, 1971 г.].

Недостаток способа: повышенная скорость окисления анода вследствие высокой газопроницаемости глинозема, порядка 9 нПм и низкая теплопроводность глинозема, порядка 0,14 Вт/м·К, что влечет за собой риск нарушения теплового баланса электролизера.

Известен способ укрытия обожженного анода слоем криолит-глиноземной шихты (КГШ), представленной смесью дробленого электролита и глинозема в соотношениях: дробленый электролит - до 80% масс., глинозем - до 50% масс. [Jose Eduardo M. Blasques, Guilherme Ε. da Mota, Giancarlo De Gregoriis. The importance of cover stability and cover practice on cell stability and performance // 9th Australasian Aluminium Smelting Technology Conference and Workshop, 2007, p. 13].

Недостатки способа - увеличенный теплоотвод через поверхность укрытия, достигающий 5-6 кВт/м² _, и необходимость дополнительных энергозатрат электролизером для компенсации тепловых потерь.

Как правило, в состав криолит-глиноземной шихты входит до 50% масс. глинозема Al₂O₃, от 8 до 12% масс. фторида алюминия AlF₃, от 5 до 12% масс. хиолита Na₅Al₃F₁₄, от 10 до 20% масс. криолита Na₃AlF₆. При загрузке криолит-глиноземной шихты на поверхность анодного массива входящий в ее состав глинозем пропитывается парами электролита, а фтористые соли при нагреве до 700°C начинают плавиться, образуя, таким образом, прочную корку. Как правило, корка образуется в течение 2-3 часов, и время ее образования зависит от толщины слоя загружаемой криолит-глиноземной шихты и скорости движения в ней изотерм 6000-7000°С, при этом обычная толщина слоя загружаемой КГШ составляет 8-15 см, а ее удельный расход колеблется в пределах 350-500 кг/т Al.

Целью заявляемого способа является снижение тепловых потерь через поверхность укрытия и обеспечение надежной защиты анода от окисления, сокращение расхода криолит-глиноземной шихты, используемой для укрытия анодного массива, уменьшение времени образования прочной корки на поверхности загружаемой КГШ.

Достигается это тем, что способ укрытия анодного массива, включающий загрузку криолит-глиноземной шихты, состоящей из смеси дробленого электролита и глинозема, на поверхность анодного массива, согласно изобретению поверхность анодного массива укрывают в два слоя, при этом первый слой толщиной 5-10 см в виде криолит-глиноземной шихты, второй слой толщиной 3-5 см в виде глинозема, загружаемый на корку спеченной криолит-глиноземной шихты через 1-1,5 часа после загрузки первого слоя.

Укрытие анодного массива согласно заявляемому способу осуществляют следующим образом.

При загрузке криолит-глиноземной шихты на поверхность анодного массива входящий в ее состав глинозем пропитывается парами электролита, а фтористые соли при нагреве до 700°C начинают плавиться, образуя, таким образом, прочную корку.

На поверхность анодного массива наносят слой криолит-глиноземной шихты толщиной 5-10 см. При такой толщине слоя, по мере его пропитки парами электролита и нагрева до 700°C, время образования прочной корки с низкой газопроницаемостью, от 0,02 до 0,04 нПм, составляет 1-1,5 часа. Однако теплопроводность корки может достигать 1,5-1,6 Вт/м·К, что сопровождается высокими потерями электролизером тепла через верх укрытия. С целью предотвращения этих потерь на поверхность спеченной корки первого слоя наносится второй слой глинозема толщиной от 3 до 5 см.

Пределы толщины слоев криолит-глиноземной шихты и глинозема объясняются различной теплопроводностью анодов, колеблющейся в пределах от 2 до 5 Вт/м·К [Raymond С. Perruchoud, Markus W. Meier, Werner K. Fischer and Wolfgang H.P. Schmidt-Hatting. Anode properties, cover materials and cell operation // Light Metals. - 2001. - pp. 695-700], а также различной теплопроводностью спеченных корок, колеблющейся от 0,8 до 1,6 Вт/м·К [Siegfried Wilkening, Pierre Reny, Brian Murphy. Anode cover material and bath ltvel control // Light Metals. - 2005, pp. 367-372].

Например, удельные потери тепла от поверхности укрытия толщиной 6 см анода, теплопроводность которого равна 3 Вт/м·К, составляет 5,4 кВт/м². Удельные потери тепла от поверхности укрытия толщиной 6 см анода, теплопроводность которого равна 4 Вт/м·К, возрастают в среднем на 6 кВт/м². Компенсировать рост этих потерь возможно увеличением толщины слоя укрытия на 2 см.

Использование для укрытия анодного массива только криолит-глиноземной шихты увеличивает операционные затраты, связанные с дроблением электролита, разделением дробленого материала на фракции, его дозированием и смешиванием с глиноземом.

Таким образом, применение двухслойного укрытия обеспечивает низкие потери тепла от поверхности укрытия, надежную защиту анода от окисления, снижение операционных затрат, связанных с подготовкой укрывного материала, снижение времени образования прочной корки, защищающей анод от окисления.