Влияние электролита различного состава на удельный расход образцов обожженных анодов при электролитическом получении алюминия
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
Механизм этих потерь по реакции окисления (1.9) носит электрохимическую и химическую природу. Приближенно пенообразование составляет порядка 1-10 % от общего расхода анода.
Пенообразование приводит к нарушению технологии за счет:
) увеличения себестоимости производства за счет повышения расхода углерода;
2) уменьшения выхода по току за счет изолирующего эффекта, который повышает температуру ванны;
3) увеличения числа анодных эффектов за счет уменьшения скорости питанием глиноземом;
) увеличения трудозатрат за счет съёма угольной пены;
5) увеличения стоимости передела, поскольку электролит теряется при снятии пены.
Расход промышленных анодов - это комплексный процесс, состоящий из нескольких механизмов, действующих в различных зонах. Такая комплексность усложняет разделение вкладов каждого механизма в общий расход. В табл. 1.2 представлены данные, отражающие примерный расход обожженного и самообжигающегося анода при верхнем токоподводе по различным механизмам [3].
Таблица 1.2-Статьи расхода углерода
Механизм расходаРасход анода, % масс.Обожженные анодыВерхний токоподводОсновная реакция66 - 7658 - 66Избыточный расход при окислении кислородом воздуха8 - 154 - 5Реакция Будуара5 - 67 - 8Не прореагировавшая (товарная) пена0,33 - 4Окисление металла7 - 88 - 10Пиролиз и испарение0,210 - 12Реакция анода с примесями (сера и металлы), потери с огарками3,5 - 4,52 - 3Расход анода (нетто): кг С/ кг Al0,40 - 0,450,50 - 0,55
1.1.2 Факторы, влияющие на удельный расход анода при электролизе
Влияние качества анодов на их расход при электролизе
Длительная работа алюминиевых электролизеров и высокие технико-экономические показатели процесса электролиза во многом определяются качеством углеродистых анодов и их расходом при электролизе.
К требованиям, предъявляемым к качеству обожженных анодов, относят ряд характеристик, значения которых зависят от свойств углеродистого сырья, а также от технологии изготовления зеленых и обожженных анодов.
В табл. 1.3 представлены показатели качества обожженных анодов по данным действующих технических условий ТУ 48-5-148-84 Блоки анодные обожженные для алюминиевых электролизеров, типичные свойства анодов фирмы R&D Carbon Ltd и некоторые характеристики промышленных образцов анодов отечественных (САЗ, НЭЗ) заводов.
Таблица 1.3-Показатели качества обожженных анодов [4-6]
ПоказательТУ 48-5-148-84САЗНЭЗR&D Carbon AlverkeАБ-0АБ-1ШвейцарияФРГИстинная плотность, не менее, г/см32,052,032,052,072,05-2,102,08Удельное электросопротивление, не более, мкОм•м (Ом•мм2/м)6065575850-6057Реакционная способность в СО2:окисляемость, не более, мг/(см2•ч)85907067--остаток, %----84-9592осыпаемость, не более, мг/(см2•ч)45501115--Зольность, не более, %0,60,90,530,84--Содержание примесей, %:S----0,5-3,21,03Fe0,1000,1500,100100-50 ppm300 ppmSi0,0900,0600,04750-300207V0,0130,0210,01230-32066
Одним из основных факторов, влияющих на качество обожженных анодов, являются свойства углеродистого сырья, используемого для изготовления анодов. Многочисленными исследованиями отечественных и зарубежных ученых установлено влияние свойств сырья нефтяного прокаленного кокса-наполнителя и пека-связующего на качество анодной массы и обожженных анодов, а также разработаны требования к углеродистому сырью, которые обеспечивают высокое качество анодной продукции [4-10].
В табл. 1.4 представлены требования к прокаленному нефтяному коксу для изготовления обожженных анодов.
Таблица 1.4-Требования к качеству прокаленного нефтяного кокса
ПоказательРоссияRD Carbon (Швейцария)Кайзер Алюминиум (США)Петрококс (Япония)Пешине КХДФранцияГермания1234567Действительная плотность, г/см32,04-2,092,05-2,102,06-2,082,06-2,092,052,05-2,09Насыпная плотность, г/см30,78-0,860,78-0,840,80-0,820,78-0,87-0,84-0,94Удельное электро-сопротивление, мкОм•м490-630460-540----Реакционная способность в СО2,%-3-15----Коэффициент термического расширения, 10-6/К-3-5----Содержание золы, не более, %0,70,40,40,50,70,8Содержание серы, не более, %1,50,5-3,51,70,3-1,21,52,5Содержание микро-примесей, ppm:Fe80050-400500250-200Si80050-250400450-900V15030-350250200150250Na-30-120----
Как видно из табл. 1.4, все производители регламентируют значения плотности (действительной и насыпной) в примерно одинаковых пределах DИ = 2,052,09 г/см3 и DH = 0,780,84 г/см3. В этих пределах обеспечиваются достаточная плотность и прочность анодов, а также их реакционная стойкость. На рис. 1.4 показано влияние истинной (действительной) плотности на окисляемость и осыпаемость анодов в токе СО2, которое заметно увеличивается при снижении DИ менее 2,05 г/см3 и увеличении выше 2,10 г/см3 [7].
Рисунок 1.4-Зависимость окисляемости ОК и осыпаемости ОС анодов в токе СО2 от истинной плотности кокса DИ [9]
Влияние примесей в аноде на их удельный расход при электролизе
Высокое содержание золы в коксах, а также микропримесей в золе не только влияет на сортность алюминия, но и оказывает каталитическое воздействие при окислении углерода. На рис. 1.5 приведена зависимость расхода анода при электролизе от содержания золы в нем.
Рисунок 1.5 - Зависимость расхода анода Рa при электролизе от содержания золы в коксе З
Практически все примеси содержащиеся в золе, кроме Si и Al, ускоряют процессы окисления и увеличивают расход анода при электролизе. В табл. 1.5 представлены данные по влиянию различных примесей на реакции горения углерода. [2]
Таблица 1.5-Влияние примесей на реакции горения углерода
ПримесьВлияние на окисление на воздухеВлияние на окисление в СО2SiК, уП-И, вFeК, у-вК, сVК, сК, у-вNiК, у-вК, уNa, щелочные солиК, сК, сSК-П, вИ-П, вCaК, вК, у-