Влияние электролита различного состава на удельный расход образцов обожженных анодов при электролитическом получении алюминия
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
? дает возможность спрогнозировать эффективность или убытки от использования анодов того или иного качества. В табл. 1.6 представлены расчеты, выполненные согласно представленной формуле. Аналогичные расчеты выполнены также для одного и того же типа электролизера, но при использовании анодов стандартного и низкого качества (табл. 1.7). [24]
Таблица 1.6-Данные для расчета удельного расхода углерода на электролизерах различных конструкций
ЭлектролизерССЕ, %ВТ, СCRR, %АР, нП•мТС, Вт/(м•К)ARR, %NC (расчет), кг/т AlNC (факт), кг/т Al80 кА30391970820,83,876466462100 кА29088965881,24,378454451180 кА с точечным АПГ27594960921,54,282399401
Таблица 1.7-Данные для расчета удельного расхода углерода при использовании различных анодов
ЭлектролизерССЕ, %ВТ, СCRR, %АР, нПмТС, Вт/(м•К)ARR, %NC (расчет), кг/т AlNC (факт), кг/т AlАноды стандартного качества28891962921,24,582424421Аноды нестандартного качества28887974872,04,069488492
Из табл. 1.6 - 1.7 следует, что фактические и расчетные данные расхода ОА отличаются незначительно. Это свидетельствует о достаточной точности расчетных данных.
1.1.4 Методы определения удельного расхода анода при электролизе
Для того чтобы определить удельный расход анода при электролизе в криолитоглиноземных расплавах, различными исследователями были разработаны лабораторные ячейки на силу тока 30, 40, 100 А и более, с помощью которых проводилось определение удельного расхода углерода, пересчитанного на 1А-ч или в процентах к теоретическому.
Одним из самых известных методов является метод фирмы Алкан (метод Холлингсхеда) [23,24].
Образцы анода помещаются в электролит, находящийся в графитовом тигле, и проводится электролиз в течение некоторого времени (от 2 до 6 часов). Потеря веса анода определяется с учетом электролита, проникшего в анод. Серьезным недостатком такого электролитического теста является то, что невозможно отличить газифицировавшийся углерод (в форме СО2 и СО) и углерод, перешедший в пену. Пена распределена по электролиту, в основном по поверхности расплава, и трудно собрать ее для анализа. Часть пены взаимодействует с СО2 с образованием СО: СО2 + С(пена) = 2СО.Если воздух попадает в ячейку (как в тесте Холлингсхеда), часть пены сгорает.
Так как напрямую пенообразование определить практически невозможно, метод был улучшен с целью его определения косвенным способом [25, 26]. Была использована закрытая установка (рис. 1.11), и весь анодный газ собирался и анализировался. Общий расход углерода определялся обычным способом (взвешиванием), а количество углерода, перешедшее в пену, находилось как разница между общим расходом анода и газифицировавшимся углеродом.
Рисунок 1.12 - Образец угольного анода для проведения эксперимента
Стенки графитового тигля были закрыты алундовой трубкой с внутренним диаметром 60 мм. Сверху ячейка закрывалась алундовым диском с необходимыми отверстиями. Газ-наполнитель (азот) подавался в печь снизу и вытеснял газ, полученный на аноде, через специальное отверстие для выхода газа на линию адсорбции. Образцы анодов (рис. 1.12) имели слегка коническую рабочую поверхность для более быстрого удаления газа. Бока анода закрывались алундовой трубкой, а сверху образец засыпался порошком глинозема, чтобы предотвратить реакцию между углеродом и СО2 на этих участках. Собранная ячейка помещалась в вертикальную печь. Термопара Pt-Pt10%Rh, помещенная внутрь анода, использовалась для контроля температуры электролиза.
Диаметр рабочей поверхности анода был подобран таким образом, чтобы плотность тока соответствовала промышленным (для того времени -0,79 А/см2). В ячейку подавался постоянный ток 13А в течение трех часов. К концу опыта плотность тока повышалась примерно до 0,92 А/см2 вследствие уменьшения рабочей поверхности образца. Температура электролита поддерживалась в пределах 982,5 2,5 оС. Межполюсное расстояние (видимо, начальное, так как оно изменялось по мере сгорания анода и повышения уровня металла) было 35 мм. Электролит для опыта наплавлялся заранее, чтобы обеспечить полное растворение составляющих и гомогенизацию. В него добавлялся глинозем в избыточном количестве (10 % масс.), дополнительным же ресурсом глинозема являлись защитные алундовые трубки.
Перед началом каждого опыта шахта печи тщательно очищалась и наполнялась азотом. В течение опыта скорость подачи азота поддерживалась постоянной (200 см3/мин). Доступ газа в линию адсорбции открывался за несколько минут до начала электролиза и закрывался только через 20 минут после отключения тока, что позволяло собрать весь полученный на аноде газ. Затем анод доставался из расплава, а печь открывалась для охлаждения. Защитная трубка на аноде осторожно разбивалась. Анод взвешивался, а затем сжигался на воздухе в течение 24 часов при температуре 600 оС. Это делалось для определения содержания в нем электролита. Остаток от сжигания взвешивался и вычитался от первоначально полученной массы. Расход углерода подсчитывался как потеря в весе образца до и после опыта и представлялся в виде процентов от теоретического значения.
Адсорбция анодного газа происходила после очистки его от пыли, водяного пара и других газообразных примесей (HF, SiF4). Сначала осаждался СО2, в то время, как СО адсорбировался в отдельной колбе, будучи перед этим окисленным до СО2, путем пропускания его через гранулированный оксид меди, нагретый до 550 оС. По увеличению веса двух адсорбционных колб определялось количество к?/p>