Электролитическое получение алюминия

Более совершенной системой токоподвода является подвод тока к аноду с помощью вертикальных штырей, запекаемых в анодную массу (см. рис. 156, б). Эта система позволила увеличить единичную мощность электролизеров до 155 кА, значительно упростить их обслуживание и повысить производительность труда.

До начала 30-х годов нашего столетия применялись электролизеры малой мощности только с предварительно обожженными анодами. С начала 30-х годов в электрометаллургию начали внедрять непрерывные самообжигающиеся аноды.

Переход на электролизеры с самообжигающимися анодами способствовал удешевлению производства алюминия, так как из технологии были исключены дорогостоящие и длительные переделы прессования и обжига анодов. Однако, многолетняя практика работы на таких электролизерах выявила их существенные недостатки по сравнению с электролизерами с обожженными анодами. К этим недостаткам в первую очередь относятся:

-более высокое электрическое сопротивление анодов вследствие меньшей плотности и неоднородности материала анода и, как следствие этого, повышенный расход электроэнергии;

-повышенная загазованность в цехе, обусловленная выбросами значительного количества газов -- продуктов обжига и коксования анодной массы;

-повышенная неоднородность распределения тока по рабочей поверхности электродов при наличии одного анода больших размеров.

В связи с этим в настоящее время вновь начали использовать для промышленных целей усовершенствованные ванны с предварительно обожженными анодами (см. рис. 156, в). Такие электролизеры имеют анодные узлы, состоящие из нескольких анодов в виде крупногабаритных угольных или графитированных блоков. Освоение данных электролизеров привело к дальнейшему увеличению единичной мощности, резко сократило вредные выделения газов в атмосферу и способствовало улучшению многих технико-экономических показателей процесса.

В настоящее время на заводах работают серии электролизеров с обожженными анодами на силу тока до 260 кА и более.

Очень перспективными для алюминиевой промышленности являются электролизеры с непрерывными обожженными анодами (см. рис. 156, г). Непрерывные аноды в таких ваннах монтируют из нескольких обожженных блоков, располагаемых друг над другом и склеиваемых между собой специальной углеродистой массой. По мере сгорания анод наращивается очередным блоком сверху. Токоподвод к анодным блокам осуществляется при помощи штырей, забитых в специальных гнездах сбоку.

Обслуживание электролизных ванн сводится к следующим основным операциям:

а) подаче в ванну глинозема;

б) контролю и корректировке состава электролита;

в) регулирование межполюсного расстояния;

г) извлечению из ванны алюминия;

д) уходу за анодами.

Необходимость подачи в ванну глинозема связана с постоянным его расходованием в результате электрохимических процессов. Загрузку новой порции глинозема производят, как правило, не дожидаясь момента возникновения анодного эффекта, т. е. не допускают снижения концентрации глинозема ниже 1--`2 %. В это время с помощью пневматической машины (молотка) пробивают корку, и хорошо прогретый глинозем самотеком просыпается в образовавшееся отверстие. Для ускорения растворения А1203 в электролите расплав перемешивают. На вновь образовавшуюся корку засыпают свежую порцию глинозема, который находится там до очередной загрузки.

В настоящее время на алюминиевых заводах широко внедряют системы автоматизированного непрерывного питания ванн глиноземом с использованием пневматических машин. Одно из таких устройств показано на рис. 11

Анодный эффект является хорошей контрольной характеристикой работы электролизеров. При нормальной работе ванны анодные эффекты возникают через строго определенные промежутки времени. Внешне он выражается резким увеличением напряжения на ванне (до 30--40 В), загоранием контрольной лампочки и треском на границе раздела анод -- электролит. Частые и длительные анодные эффекты отрицательно сказываются на показателях электролиза и в первую очередь на выходе по току. На практике стремятся допускать как можно меньше анодных эффектов, предусматривая их возникновение один раз в 3--5 сут как контрольное мероприятие.

На количественные показатели электролиза оказывает существенное влияние состав и количество электролита. Для поддержания заданного состава ежедневно отбирают и анализируют пробы электролита.

В случае недостатка NaF или A1F3 в электролит вводят недостающие соли путем добавки их в очередные порции глинозема. Аналогично восполняют и общую убыль электролита за счет его испарения. Контроль за уровнем расплава осуществляют по размеру застывшей пленки на погружаемом периодически в электролит железном ломе.

Межполюсное расстояние (между нижней поверхностью анода и зеркалом расплавленного алюминия) поддерживав ют в пределах 4,5--5 см. При его уменьшении снижается температура электролита, а при увеличении, наоборот, возрастает. Контроль за величиной межполюсного расстояния производят по напряжению на ванне. Для его изменения необходимо поднимать или опускать анод. Регулирование межполюсного расстояния может быть автоматизировано.

Современные электролизеры производят в сутки 500-- 1200 кг алюминия. Его выпуск целесообразно производить через большие промежутки времени, так как извлечение алюминия из ванны нарушает нормальный ход процессам.

Рис. 11. Штоковое устройство для непрерывного питания ванн глиноземом: 1 -- боек; 2 -- труба; 3 -- дозаторг 4 -- шток; 5 -- бункер

Обычно алюминий выливают один раз в сутки с помощью специальных вакуум-ковшей (рис. 12). Для этого в корке электролита пробивают отверстие, через которое под слой электролита вводят заборную трубку вакуум-ковша. За счет создаваемого в ковше разрежения металл всасывается в ковш.

По мере откачивания алюминия из ванны вследствие увеличения межполюсцого расстояния напряжение на ванне растет и нарушается ее тепловое равновесие. Во время выпуска алюминия необходимо следить за напряжением на ванне и не допускать уменьшения уровня алюминия ниже 20--24 см.

Рис. 11. Вакуум-ковш для извлечения алюминия из электролизной ванны:

I -- ковш: 2 -- заборная трубка

Обслуживание анодов определяется их конструкцией. На ваннах с несколькими обожженными анодами оно заключается в своевременной внеочередной замене сгоревших блоков.

Уход за непрерывными самообжигающимися анодами сводится к наращиванию кожуха, загрузке анодной массы, 'забивке или установке штырей и переключению гибких токоподводящих шин к очередной группе штырей. Алюминиевый кожух наращивают примерно один раз в месяц, а загрузку анодной массы -- один раз в 7--10 дней. Ванны с верхним токоподводом требуют меньших затрат труда и времени На обслуживание анода.

Основными продуктами процесса электролитического получения алюминия являются металлический алюминий и анодные газы. Получаемый электролизом алюминий содержат металлические, неметаллические и газообразные, примеси. Металлические примеси попадают в алюминий главным образом из сырья. Чаще всего к ним относятся железо, кремний, натрий, калий, титан и магний. Неметаллические примеси -- это механические увлеченные частицы глинозема, электролит, куски футеровки и т. д. К газообразным примесям относятся растворенные в алюминии газы.

Список используемой литературы

1.Металлургия цветных металлов. Уткин Н. И. Учебник для техникумов. М.: Металлургия, 1985. 440 с.

2.Металлургия алюминия / Ю.В. Борисоглебский, Г.В. Галевский, Н.М. Кулагин, М.Я. Минцис, Г.А. Сиразутдинов. -- Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1999. - 438 с.

3. Троицкий И.А. Железнов В.А. 2-е издание, дополненное и переработанное Металлургия алюминия. М.: Металлургия - 1984 .

4. Минцис М.Я., Поляков П.В. Электрометаллургия алюминия. - Новосибирск: Наука, 2001

5. Сушков А.И., Троицкий И. А. Металлургия алюминия. - М.: Металлургия - 1965.

6. http://ru.wikipedia.org/wiki

Размещено на Allbest.ru