×
27.04.2019
219.017.3d05

Способ электролитического получения алюминия

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к получению алюминия электролизом криолит-глиноземного расплава. Способ включает загрузку на этапе пуска электролизера в качестве электролита смеси криолита со фторидом алюминия с содержанием фторида алюминия от 25 до 35 мас.%. Обеспечивается сокращение времени пуска электролизера и повышение эффективности процессов температуро- и теплопередачи для дальнейшего плавления электролита. 1 табл.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности, к получению алюминия электролизом криолит-глиноземного расплава.

Несмотря на множественные разработки, направленные на улучшение технологического процесса электролитического получения алюминия, изобретенный еще в 19 веке способ по-прежнему является одним из самых энергозатратных и неэффективных. На современных заводах для получения тонны алюминия расходуется 13-16 МВт⋅ч электроэнергии на тонну алюминия, причем непосредственно на электролиз расходуется не более 40 % этой электроэнергии. В связи с этим, в настоящее время крупными производственными компаниями и научными организациями преимущественно проводятся научно-практические исследования, направленные на снижение тепловых потерь при запуске и в ходе работы электролизера. Известно, что величина тепловых потерь в значительной степени определяется выбором состава, так называемого пускового электролита и условиями пуска электролизера для получения алюминия, при этом состав пусковых электролитов можно разделить на 3 типа: кислые, щелочные и нейтральные [1-3]. Преимуществом кислых электролитов является относительно низкая температура плавления, и пониженный риск образования трещин в графитовой подине, а к недостаткам - более глубокое проникновение электролита вглубь графитовой подины, что приводит к повышению вероятности проникновения натрия и ее разрушению.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ электролитического получения алюминия [4], в котором для запуска электролизера и электролиза используют кислый электролит, содержащий криолит (Na3AlF6), с содержанием фторида алюминия в количестве 8-12 мас. %. Соотношение [NaF]/[AlF3] такого электролита составляет 2,6-2,7 мол/мол, температура ликвидуса не менее 960°С. Согласно фазовой диаграмме Na3AlF6-AlF3 [5], при нагревании данной солевой смеси при температуре 740°С появляется жидкая фаза, которая способствует усилению конвекции, увеличению ее тепло- и температуропроводности, что сокращает потребление электроэнергии (энергозатраты) на нагрев электролита до температуры плавления.

Задачей изобретения является снижение энергозатрат на стадии нагрева электролита при сохранении условий формирования гарнисажа.

Для ее решения предложен способ получения алюминия, в котором, как и в прототипе, на этапе пуска в электролизер загружают электролит, содержащий смесь криолита (Na3AlF6) со фторидом алюминия (AlF3). Способ отличается тем, что в электролизер загружают смесь криолита со фторидом алюминия, с содержанием фторида алюминия от 25 до 35 мас. %.

В отличие от пускового электролита прототипа появление жидкой фазы в солевой смеси заявляемого способа происходит при температуре 690°С (температура солидуса – Тсол), что на 50°С ниже, что позволяет сократить энергозатраты на стадии нагрева электролита до 16 %. При этом энергозатраты и время, требуемые на дальнейшие операции в ходе пуска электролизера (плавление электролита, корректировка состава электролита) по заявляемому способу практически сопоставимы со способом-прототипом.

Технический результат, достигаемый заявленным способом, заключается в сокращении времени пуска электролизера и повышении эффективности процессов температуро- и теплопередачи для дальнейшего плавления электролита.

Заявляемый способ иллюстрируется таблицей (см. графическую часть), где приведены экспериментальные данные по температурам солидуса и времени нагрева пусковых электролитов прототипа и заявленного способа до температуры солидуса и до температуры 980°С.

Для иллюстрации заявленного способа выполнены эксперименты по выявлению температур солидуса (Тсол) пусковых электролитов известного и заявленного способов. Также определено время достижения температуры солидуса и время, необходимое для полного плавления электролита при прочих равных условиях (980°С).

Эксперименты по пуску лабораторного электролизера проводили следующим образом. Электролизер для получения алюминия представлял собой графитовый тигель, экранированный снаружи графитовой крошкой и корундовым контейнером. В графитовый тигель загружали смесь криолита и фторида алюминия общей массой 200 г. Составы электролита с различным содержанием фторида алюминия приведены в таблице. Электролизер размещали в печи сопротивления при температуре 25°С. С целью улучшения теплоизоляции графитовый тигель закрывали графитовой крышкой, в которой размещали платина-платина-родиевую термопару, одновременно погруженную в солевую смесь. Далее производили нагрев печи с лабораторным электролизером по программе: нагрев от 25 до 1000°С за 120 мин и выдержка при 1000°С в течение 120 мин. Для этого использовали терморегулятор Варта ТП-710 и задающую платина-платина-родиевую термопару.

В ходе нагрева печи и выдержки в постоянном режиме фиксировали и записывали изменение температуры смеси криолита со фторидом алюминия во времени при помощи, опущенной в смесь термопары и термопарного модуля USB-ТС01 (National Instruments, США). Из полученных зависимостей температура-время с точностью ± 2°С определяли температуру солидуса солевой смеси, время нагрева смеси до температуры солидуса и время нагрева смеси от температуры солидуса до температуры 980°С.

Из полученных результатов, которые приведены в таблице, можно сделать следующие выводы:

- температура солидуса пусковых электролитов заявленного способа в среднем на 39-40°С аналогичной температуры электролитов прототипа;

- время нагрева электролитов заявленного способа до температуры солидуса сокращается на 35-40 мин при прочих равных условиях (объем электролита, объем и размеры электролизера, режим нагрева печи с электролизером);

- время нагрева электролитов заявленного способа от температуры солидуса до полного плавления (980ºС) также сокращается на 24-25 мин.

Сокращение времени нагрева электролитов заявленного способа до температуры солидуса на 35-40 мин приводит к сокращению энергозатрат на нагрев на 0,84-0,96 МВт/кг электролита, что в процентном отношении составляет до 16 %.

Полученные результаты были сопоставлены с результатами термогравиметрических измерений, сопряженных с дифференциальной сканирующей калориметрией. В целом, температуры солидуса исследуемых составов совпадают в пределах ± 1°С, в то время как время нагрева электролитов, ввиду малого объема, существенно ниже.

Таким образом, заявленный способ позволяет снизить энергозатраты на стадии нагрева электролита.

Источники информации

1. Thonstad J., Fellner P., Haarberg G.M., Hives J., Kvande H., Sterten A. Aluminium Electrolysis. Fundamentals of the Hall-Heroult Process. 3 ed. Dusseldorf, Aluminium-Verlag Marketing & Kommunikation GmbH, 2001, 354 p.

2. Sorlie M., Oye H. Cathodes in aluminium electrolysis. 3rd ed. Dusseldorf: Aluminium-Verlag Marketing and Kommunikation GmbH, 2010. 650 p.

3. Громов Б.С., Панов Е.Н., Боженко М.Ф., Васильченко Г.Н., Карвацкий А.Я., Шилович И.Л. Обжиг и пуск алюминиевых электролизеров. Москва: ИД «Руда и Металлы», 2001.

4. US 5114545, публ. 19.05.1992.

5. Foster P. Journal of the American Ceramic Society, 1970, Vol. 53, pp. 598-600.


Способ электролитического получения алюминия
Способ электролитического получения алюминия
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 94.
10.04.2013
№216.012.338a

Способ электролизного борирования стальных изделий в расплаве, содержащем оксид бора

Изобретение относится к области химико-термической обработки металлов и сплавов, в частности к диффузионному борированию стальных изделий в солевом расплаве. Способ электролизного борирования стальных изделий в расплаве, содержащем оксид бора, включает реверсирование постоянного тока. При этом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478737
Дата охранного документа: 10.04.2013
27.06.2013
№216.012.50d9

Способ получения нано- и микроструктурных порошков и/или волокон кристаллического и/или рентгеноаморфного кремния

Изобретение относится к области металлургии неметаллов, а именно к производству электролитического кристаллического и/или рентгеноаморфного кремния в виде нано- и микроструктурных порошков и/или волокон. Способ включает электролитическое растворение по меньшей мере одного выполненного из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486290
Дата охранного документа: 27.06.2013
10.08.2013
№216.012.5e1a

Твердоэлектролитный датчик для измерения концентрации кислорода в газах и металлических расплавах

Изобретение относится к аналитической технике, в частности к датчикам, предназначенным для анализа газовых сред и металлических расплавов на кислородосодержание. Твердоэлектролитный датчик для измерения концентрации кислорода в газах и металлических расплавах содержит выполненный в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489711
Дата охранного документа: 10.08.2013
20.08.2013
№216.012.619f

Твердоэлектролитный датчик для потенциометрического измерения концентрации водорода в газовых смесях

Изобретение относится к аналитической технике, в частности к датчикам для анализа газовых сред. Твердоэлектролитный датчик для потенциометрического измерения концентрации водорода в газовых смесях содержит мембрану из протонпроводящего твердого электролита, эталонный и измерительный электроды,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490623
Дата охранного документа: 20.08.2013
27.08.2013
№216.012.6489

Электрохимический способ получения сплошных слоев кремния

Способ может быть использован в фотонике, полупроводниковой технике, а также для производства солнечных батарей. Сплошные слои кремния получают электролизом гексафторсиликата калия (KSiF) в расплаве следующего состава, мас.%: КСl (15÷50) - KF (5÷50) - (10÷35) KSiF. Электролиз ведут при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491374
Дата охранного документа: 27.08.2013
20.09.2013
№216.012.6a7f

Молекулярный фильтр для извлечения гелия из гелийсодержащих газовых смесей

Изобретение относится к химической, нефтехимической, газовой отраслям. Газоплотную керамику со структурой майенита предложено использовать в качестве молекулярного фильтра для селективного извлечения гелия из гелийсодержащих газовых смесей. Технический результат: селективное и непрерывное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492914
Дата охранного документа: 20.09.2013
20.10.2013
№216.012.75f2

Твердый электролит на основе оксида церия и церата бария

Изобретение относится к области электротехники, а именно к твердооксидным композитным электролитам, и может быть использовано в средне- и высокотемпературных электрохимических устройствах. Твердый электролит на основе оксида церия и церата бария, допированный самарием, имеет состав, отвечающий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495854
Дата охранного документа: 20.10.2013
10.12.2013
№216.012.8875

Электрохимический способ получения графена

Изобретение может быть использовано в электрохимических и электрофизических устройствах. Осуществляют анодную гальваностатическую поляризацию титана или циркония с плотностью тока от 0,1 до 3,0 мА·см в расплаве хлоридов щелочных металлов, содержащем от 0,1 до 1,0 мас.% порошка карбида бора при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500615
Дата охранного документа: 10.12.2013
27.12.2013
№216.012.9256

Нагревательный блок и способ его изготовления

Изобретение относится к области электротехники, а именно к производству монолитных металлокерамических нагревательных элементов электрического, в частности резистивного, нагрева. Нагревательный блок содержит трубу из огнеупорного материала, резистивный металлокерамический нагреватель,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503155
Дата охранного документа: 27.12.2013
10.02.2014
№216.012.9e5a

Способ получения газоплотной керамики на основе оксида церия и церата бария

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способам получения газоплотных композитных электролитов со смешанной кислород-ионной и протонной проводимостью. Заявлен способ получения газоплотной керамики на основе оксида церия и церата бария путем спекания порошков состава...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506246
Дата охранного документа: 10.02.2014
Показаны записи 1-10 из 58.
10.02.2013
№216.012.24d3

Электрохимический генератор на твердооксидных топливных элементах

Изобретение относится к устройствам для прямого преобразования химической энергии топлива в электрическую с использованием твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ). Электрохимический генератор на твердооксидных топливных элементах содержит корпус, камеру смешения метана и воздуха, камеру...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474929
Дата охранного документа: 10.02.2013
27.06.2013
№216.012.50d9

Способ получения нано- и микроструктурных порошков и/или волокон кристаллического и/или рентгеноаморфного кремния

Изобретение относится к области металлургии неметаллов, а именно к производству электролитического кристаллического и/или рентгеноаморфного кремния в виде нано- и микроструктурных порошков и/или волокон. Способ включает электролитическое растворение по меньшей мере одного выполненного из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002486290
Дата охранного документа: 27.06.2013
10.07.2013
№216.012.545c

Способ электролитического получения свинца

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к получению свинца электролитическим способом. Способ включает электролитическое рафинирование свинца в расплаве галогенидов солей с использованием жидкометаллических катода и анода. При этом процесс электролиза ведут с применением одного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487199
Дата охранного документа: 10.07.2013
27.08.2013
№216.012.6489

Электрохимический способ получения сплошных слоев кремния

Способ может быть использован в фотонике, полупроводниковой технике, а также для производства солнечных батарей. Сплошные слои кремния получают электролизом гексафторсиликата калия (KSiF) в расплаве следующего состава, мас.%: КСl (15÷50) - KF (5÷50) - (10÷35) KSiF. Электролиз ведут при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491374
Дата охранного документа: 27.08.2013
27.12.2013
№216.012.9256

Нагревательный блок и способ его изготовления

Изобретение относится к области электротехники, а именно к производству монолитных металлокерамических нагревательных элементов электрического, в частности резистивного, нагрева. Нагревательный блок содержит трубу из огнеупорного материала, резистивный металлокерамический нагреватель,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503155
Дата охранного документа: 27.12.2013
27.05.2014
№216.012.c87c

Электрохимический способ получения металлов и/или сплавов из малорастворимых и нерастворимых соединений

Изобретение относится к электрохимическому способу получения металлов, за исключением щелочных и щелочно-земельных, и/или сплавов металлов. Способ включает восстановление металлов и/или сплавов в кальцийсодержащем оксидно-галогенидном расплаве из соединений получаемых металлов и/или из смесей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002517090
Дата охранного документа: 27.05.2014
20.07.2014
№216.012.df2e

Электролизер для тонкослойного электролитического рафинирования металлического свинца

Изобретение относится к тонкослойному рафинированию легкоплавких цветных металлов, в частности сортового свинца. Электролизер для тонкослойного электролитического рафинирования металлического свинца содержит вертикально помещенную в корпус электролизера пористую керамическую диафрагму,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522920
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.e1a4

Композитный электродный материал для электрохимических устройств

Изобретение относится к области катализа, а именно каталитическим активным пористым композитным материалам, которые могут быть использованы в качестве несущих электродов электрохимических устройств для получения водорода и/или кислорода либо высоко- и среднетемпературных твердооксидных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523550
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.08.2014
№216.012.e957

Способ получения нановискерных структур оксидных вольфрамовых бронз на угольном материале

Изобретение относится к способу получения нановискерных структур оксидных вольфрамовых бронз на угольном материале, в котором электролиз ведут в импульсном потенциостатическом режиме при перенапряжении 300 мВ в расплаве, содержащем 30 мол. % KWO, 25 мол. % LiWO и 45 мол. % WO, с использованием...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525543
Дата охранного документа: 20.08.2014
10.01.2015
№216.013.1832

Состав шихты для изготовления оксидно-металлического инертного анода

Изобретение может быть использовано при изготовлении композиционного оксидно-металлического инертного кислородвыделяющего анода для электролитического получения металлов, в частности, алюминия. Состав шихты для изготовления указанного анода включает смесь оксидной и металлической составляющих,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537622
Дата охранного документа: 10.01.2015
+ добавить свой РИД