Влияние электролита различного состава на удельный расход образцов обожженных анодов при электролитическом получении алюминия
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?олит NaCl ведут к некоторому снижению расхода анодной массы. Введение в электролит фторидов магния и кальция приводит к увеличению расхода анодной массы. Полученные промышленные данные подтверждают результаты лабораторных исследований [13].
Рисунок 1.8-Зависимость расхода анода от содержания солевых добавок электролите: 1 - NaCl; 2 - MgF2; 3 - CaF2
Рисунок 1.9-Влияние криолитового отношения электролита (1) и содержания СО2 в анодных газах (2) на расход анода
Данные о влиянии состава электролита на расход анода качественно подтверждаются результатами анализа анодных газов (рис. 1.9, 1.10). При увеличении криолитового отношения электролита и введении NaCl содержание СО2 в анодных газах возрастает, добавки фторидов кальция и магния действуют в противоположном отношении. Позднее было замечено, что существует параллелизм между влиянием добавок на расход анода и межфазным натяжением на границе электролит - анод. С учетом этого вырисовывается следующий механизм влияния состава электролита на расход анода.
Рисунок 1.10-Влияние солевых добавок на содержание СО2 в анодных газах: 1 - NaCl; 2 - MgF2; 3 - CaF2
Образующийся при распаде углерод-кислородных комплексов газ, состоящий из СО и СО2, собирается в относительно крупные пузырьки и выделяется из-под анода. Однако часть газа остается в многочисленных углублениях, имеющихся на подошве анода, где образование пузырьков газа меньше. Наличие разрозненных газовых включений на подошве анода приводит к неравномерному его сгоранию. Быстрее сгорают незащищенные газом участки. Если анод хуже смачивается электролитом, то он лучше смачивается газом. В этом случае пузырьки газа в углублениях удерживаются и неравномерность сгорания анода усиливается. В случае хорошего смачивания анода электролитом последний вытесняет газовые пузырьки из углублений, и анод горит равномернее. Таким образом, добавки в электролит, уменьшающие межфазное натяжение, способствуют более равномерному сгоранию анода и уменьшению расхода углерода. К таким добавкам относятся хлориды и фториды щелочных металлов.
Добавки фторидов алюминия, кальция и магния, увеличивающие межфазное натяжение на границе электролит - анод, вызывают неравномерное сгорание анода и повышенный расход углерода. Для уменьшения расхода анода необходимо повышение криолитового отношения до 2,90-2,95 при содержании в электролите 2,5-4,0 % NaCl (по массе) [13].
В течение многих последующих лет исследования влияния солевых добавок в электролит на удельный расход анода не проводились.
1.1.3 Как предсказать расход анода
Как известно, теоретический расход углерода при электролизе алюминия, согласно основной реакции процесса, составляет 333,87 кг/т Al. На практике расход углерода в электролизерах с обожженными анодами (ОА) примерно составляет 0,39 кг С/кг Al [23], что значительно превосходит теоретический расход углерода анода.
Усилия многих компаний направлены на дальнейшее снижение практического расхода углерода и, чтобы добиться в этом направлении хороших результатов, необходимо узнать, как и в какой мере, тот или иной технологический фактор влияет на расход анода, а затем на основе полученных знаний попытаться вывести соответствующую математическую формулу.
В производстве ОА накоплен значительный объем данных о влиянии эксплуатационных характеристик анода на его расход. В частности, установлено, что повышение температуры электролита на 10С дает увеличение удельного расхода анода на 12 кг, а повышение CRR на 10 % увеличивает его удельный расход на 17 кг. Подобные зависимости определены и для других показателей ОА. Это позволило специалистам R&D Carbon на основе широкомасштабной промышленной проверки предложить формулу для расчета удельного расхода ОА в зависимости от их карбоксиреактивности и других эксплуатационных характеристик и основных технологических параметров [22]:
NC = C + 334/CE + 1,2(BT - 960) - 1,7CRR + 9,3AP + 8TC - 1,5ARR(1.10)
где NC - удельный расход углерода нетто для ОА, кг/т Al (400-500);
С - фактор конструкции электролизера (270-310);
- теоретический расход углерода, кг/тAl;
СЕ - выход по току, % (75-90);
ВТ - температура электролита, С (945-980);
CRR - остаток от горения в СО2, % (75-90);
AP - газопроницаемость, нПм (0,5-6,0);
TC - теплопроводность, Вт/(м•К) (3,0-6,0);
ARR - реакционная способность на воздухе, % (60-90).
Правая часть этого эмпирического уравнения представляет собой сумму безразмерных значений контролируемых технологических параметров и эксплуатационных характеристик ОА, определяемых экспериментальным путем по специальной программе (Test shedule) [24]. Исключением является показатель C (Cell Factor), который характеризует уровень технологии и техники и, можно сказать, является постоянной величиной для конкретного типа электролизера или завода. Этот показатель нельзя измерить или определить экспериментально. Поэтому авторы предлагают вначале набрать статистический материал по всем показателям правой части уравнения и расходу анода (как минимум за год), а затем рассчитать C при помощи уравнения (1.11):
C = NC - 334/CE - 1,2(BT - 960) + 1,7CRR - 9,3AP - 8TC + 1,5ARR (1.11)
Получив таким образом значение С и используя текущие показатели стандартной схемы контроля качества обожженных анодов и технологии электролиза, по формуле (1.10) рассчитывается расход ОА, чт?/p>