Спосіб і пристрій рафінування алюмінію

 

Відомо електрохімічне рафінування металів тришаровим способом [1], згідно з яким алюміній, підлягає рафінування від електропозитивні домішок, таких як залізо, кремній, мідь, нікель і інші, спеціально ускладнюється додаванням міді (близько 30%) і такий сплав є анодом при електролізі. Електролітом служить хлоридно-фторидний розплав, що містить хлорид барію. Температура рафінування становить близько 800°C. У цьому випадку чистий алюміній виявляється легше електроліту і, будучи, катодом, плаває на поверхні електроліту.

Схема такого електролізера представлена на фіг.1, де:

1. Бортові блоки

2. Вугільний блок подовий

3. Теплоізоляція

4. Анодний струмопідвід

5. Алюмінієво-мідний анодний сплав

6. Хлоридно-фторидний електроліт

7. Рафінований алюміній

8. Катодний струмопідвід

9. Кришка

10. Льотка для заливки алюмінію

При поляризації у відповідності з другим законом термодинаміки забороняється анодне розчинення електропозитивні металів, які накопичуються в анодному сплаві, який періодично очищається від кристалізуються при накопиченні домішок інтерметалідів заліза, кремнію і міді.

Недоліком �мі анодного сплаву, велике міжелектродну відстань підтримується на рівні близько 15 см, наслідком чого є велика напруга на електролізері (близько 5,5 В) і, як результат, висока питома витрата енергії, навіть при виході за струмом η=0,98 становить понад 18 кВт*год/кг Al.

Відомий спосіб і електролізер для рафінування алюмінію (прототип) [2], де технічне рішення засноване на тому, що два шари металу - первинний, що підлягає очищенню, і очищений, мають приблизно однакову щільність, поділяються шаром електроліту, який утримується капілярними силами в порах змочується їм сітчастої мембрани, виготовленої з матеріалу інертного по відношенню до електроліту і металу.

Недоліком є те, що сітчаста мембрана виконує роль фільтра, який з часом «забруднюється», відбувається пасивація поверхні і може іонний масообмін в сітчастій мембрані.

Завдання винаходу - зменшити або усунути пасивацію, збільшити можливості іонного масообміну в сітчастій мембрані, а також знизити робочу напругу, зменшити питому витрату енергії, збільшити вихід по струму, збільшити продуктивність електролізера.

Технічний результат досягається застосуванням ненти електролізера: мембрану (з одного боку і/або з обох боків), електроліт, первинний неочищений метал, рафінований метал, поверхні розділу середовищ між неочищеним металом, мембраною і рафінованим металом.

У цьому випадку:

1) Зменшується або усувається пасивація мембрани, збільшуються можливості іонного масообміну в сітчастій мембрані;

2) Міжелектродну відстань (МЕР) приблизно дорівнює товщині шару пористої сітки/мембрани (0,5-5 мм), що робить напруга на ванні досить малим, оскільки сьогоднішні МЕР складають близько 50 мм і напруга на ванні пропорційно МЕР;

3) Використовуються низкоплавкие хлоридні електроліти, наприклад, системи NaCl-KCl-AlCl3, що робить можливим зниження температури електролізу до 700°C;

4) Катодна частину ванни може бути знімною, що складається з мішків, виготовлених з розділовою тканини, просякнутих електролітом, всередині яких знаходиться отрафинированний катодний метал.

Суть винаходу пояснюється ескізами (Фіг.2-5). Електролізер містить бортові блоки 1, подові блоки 2, теплоізоляцію 3, катодний струмопідвід 4, катодний алюміній 5, пористу мембрану 6, просочену хлоридно-фторидним електролітом 7, анодний алюміній 8, анодний струмопідвід 9, кріплення 10 пористої мембрани 6, влаштуй�і декількох виброрезонансних, акустичних, ультразвукових 14 і/або електромагнітних, та/або МГД генераторів 15; зменшують або усувають забруднення і пасивацію пористої мембрани 6 домішками, интерметаллидами 16. У подових блоках 2 можуть бути виконані дренувальні канали 17 для акумулювання та евакуації алюмінію або забруднень та інтерметалідів. Верхня поверхня катодного і анодного алюмінію може бути захищена від окислення на повітрі солями 11 та/або аргоном 18 або вакуумом.

Пориста мембрана 6 може бути неелектропроводная або електропровідних. У разі неелектропровідних мембрани катодний і анодний метали можуть стикатися з мембраною 6. При цьому досягається мінімальна міжелектродну відстань та мінімальне енергоспоживання. У разі електропровідної пористої мембрани рафінований алюміній не повинен стикатися з пористої мембраною, щоб не утворити короткозамкненої електричної ланцюга, тому він повинен бути регулярно евакуйований у міру його напрацювання та акумулювання.

Електромагнітні МГД генератори 15 при вертикальному розташуванні електродів (Фіг 6, Фіг.7) можуть виконувати функції не тільки впливу на пористі мембрани з метою зменшення або усунення забруднення і сти, функціями МГД-річки є режим «заморожування» льотки при відключенні МГД-індуктора літки, режим «розморожування» при включенні МГД-індуктора льотки і режими МГД-насоса, в т. ч. реверси і генерація коливань розплаву.

Електролізер може мати різновиди, наприклад:

1. Пориста сітка/мембрана може кріпитися посередині (по висоті) і розділяти 2 шари металу (катодний і анодний).

2. В стінці ванни можуть бути виконані канали для гарантованого постачання пористої сітки/мембрани електролітом.

3. Пориста мембрана може бути багатошаровою для надійного зберігання електроліту і для підвищення її механічної міцності, хімічної стійкості.

4. Пориста мембрана може складатися з шарів електропровідного матеріалу (наприклад, графіт) і електроізолятора (наприклад, корунд), що чергуються між собою.

5. Перегородка може бути виконана з перфорованих пластин з розмірами отворів будь-якої форми, що виключають продавлювання металу.

При цьому відбувається поліпшення наступних ТЕП електролізу алюмінію: зменшення питомої витрати енергії, збільшення виходу по струму, зниження робочої напруги і збільшення продуктивності електролізера.

ЛІТЕРАТУРА

Красноярськ. держ. ун-т, Красноярськ, 1998.

2. US Patent 4115215, Das et al. Aluminum purification, 1978.

1. Пристрій для електролітичного рафінування алюмінію і його сплавів від електропозитивні домішок, що містить контейнер з подиной, футерованной вогнетривкими матеріалами, для розміщення в ньому розплавленого алюмінієвого сплаву з электроположительними домішками і розплавленого рафінованого алюмінію, щонайменше одну пористу мембрану, просочену електролітом, непроникну для розплавленого алюмінієвого сплаву з электроположительними домішками і проникну для електроліту і катіонів алюмінію, для поділу розплавленого алюмінієвого сплаву з электроположительними домішками, використовуваного в якості анода з струмопідведення, і розплавленого рафінованого алюмінію в якості катода з струмопідведення, що відрізняється тим, що воно забезпечене принаймні одним магнитогидродинамическим (МГД) перемешивателем анодного розплаву, встановленим на межі розділу пориста мембрана - анодний розплав.

2. Пристрій п. 1, яке відрізняється тим, що пориста мембрана виготовлена з вуглецевих матеріалів.

3. Пристрій п. 1, яке відрізняється тим, що пориста мембрана виготовлена на основі карби�ройство за п. 1, яке відрізняється тим, що пориста мембрана складається з шарів вуглецевого електропровідного матеріалу і електроізолятора, що чергуються між собою.

6. Пристрій п. 1, яке відрізняється тим, що пориста мембрана виконана з перфорованих пластин з отворами, форма яких виключає продавлювання металу.

7. Пристрій п. 1, яке відрізняється тим, що пориста мембрана виготовлена з діелектричних матеріалів, наприклад, на основі карбіду кремнію і розташована в електролізері з вертикальними чергуються полярними електродами.

8. Пристрій п. 1, яке відрізняється тим, що пористі мембрани виконані парними, виготовлені з електропровідних матеріалів, наприклад вуглецевих, і розташовані в електролізері з вертикальними чергуються полярними електродами, причому між парними пористими мембранами залитий електроліт, насичуючі пористі мембрани.

9. Пристрій п. 1, яке відрізняється тим, що в подині є принаймні одна льотка для акумулювання та евакуації рафінованого алюмінію.

10. Пристрій п. 1, яке відрізняється тим, що в подині є щонайменше одна льотка для акумулювання та евакуації домішок, забруднень, інтерметалідів алюмінію і е�регулювання та евакуації рафінованого алюмінію, домішок, забруднень, інтерметалідів алюмінію та його сплаву, поєднана з МГД-насосом та/або МГД-річкою.

12. Спосіб електролітичного рафінування алюмінію і його сплавів від електропозитивні домішок, що включає приміщення розплаву алюмінію або його сплаву і електроліту, що містить принаймні одну сіль із групи, що включає фторид алюмінію, хлорид алюмінію, і принаймні одну сіль із групи, що містить натрій, калій, літій, магній і магнію галогенид, або принаймні одну сіль із групи, що включає натрій, калій, літій, магній і магнію хлорид, пристрій для електролітичного рафінування та проведення електролітичного рафінування, відрізняється тим, що використовують пристрій по одному з пп. 1-11, при цьому додатково перемішують анодний розплав на межі розділу пориста мембрана - анодний розплав.



 

Схожі патенти:

Графитированное фасонне катодне пристрій для одержання алюмінію і його графитированний замедлительний катодний блок

Винахід відноситься до графитированному фасонному катодному пристрою для одержання алюмінію. Катодне пристрій містить основний блок і графитированний катодний замедлительний блок. На поздовжніх кромках основного блоку симетрично виконані дві групи канавок. Сировинний матеріал, з якого виготовляється згаданий графитированний катодний замедлительний блок, що включає в себе кальцинований нафтовий кокс, электрокальцинированний антрацит, кам'яновугільний пек, легирующую добавку TiB2 і добавку SiC. Графитированний катодний замедлительний блок вставлений в канавку, утворену обома згаданими канавками, з перекриванням з'єднувального шва між двома основними блоками. Забезпечується досягнення ефекту заощадження електроенергії та зниження витрат, зменшення ефективної товщини основного блоку і впливу на його термін експлуатації, та досягнення часткового структурного посилення основного блоку і продовження терміну експлуатації електролізера. 3 н. і 7 з.п. ф-ли, 4 іл.
Винахід відноситься до способу електролітичного отримання алюмокремнієвих сплавів-силумінів з використанням кремнезему і кремнеземсодержащих матеріалів, наприклад, відпрацьованої подини, що містить велику кількість кремнезему, глинозему і електроліту, необхідних для електролізу. Спосіб включає попередню обробку подрібненого алюмосилікатного сировини, що містить відпрацьовану подину, глинозем і електроліт, механоактивацией як окремо, так і в суміші з глиноземом, періодичну завантаження підготовленої сировини в електролізер і проведення електролізу розплаву з утворенням силуміну безпосередньо у ванні електроліту. Забезпечуються висока швидкість розчинення сировини, зниження напруги і витрати енергії і збільшення терміну служби накопичувача.

Газоочисне пристрій і спосіб очищення газу

Винахід відноситься до очищення основного потоку неочищеного газу з підприємства, наприклад, за отримання алюмінію. Газоочисне пристрій містить безліч газоочисних камер (34a-c), вхідні магістраль (32) для поділу основного потоку неочищеного газу, поточного через неї, на безліч окремих фракційних потоків неочищеного газу для втікання під входи (46a-c) очисних камер і безліч теплообмінників (40a-c). Кожен теплообмінник (40a-c) розташований нижче по потоку від вхідних магістралі (32) для охолодження відповідного фракційного потоку неочищеного газу, що входить у відповідну очисну камеру (34a-c). Теплообмінники (40a-c) виконані з можливістю генерування перепаду тиску у фракційному потоці неочищеного газу, що проходить через них, надаючи вирівнюючий ефект на відносні швидкості індивідуальних фракційних потоків газу. Технічний результат: підвищення ефективності і надійності газоочистки. 2 н. і 14 з.п. ф-ли, 5 іл.

Спосіб підготовки проб калийсодержащего електроліту алюмінієвого виробництва для аналізу складу і визначення криолитового відносини методом рфа

Винахід відноситься до отримання алюмінію електролізом глинозему в розплаві фтористих солей і може бути використане при технологічному контролі складу електроліту методом кількісного рентгенофазового аналізу (РФА) калийсодержащего електроліту з добавками кальцію або кальцію і магнію. Спосіб підготовки зразків для кількісного РФА полягає в тому, що відібрані з ванн закристалізовані проби піддаються процедурі допування з наступною термічною обробкою. Для цього наважку перемеленого зразка перемішують з наважкою фториду натрію для перекладу складу проби в область високого КО, наприклад, взятої у співвідношенні 1:2 до маси зразка. Суміш поміщають в піч, нагріту до потрібної температури 650-750°C і витримують у ній протягом 20-40 хвилин для розчинення фториду натрію в зразку і перекристалізації зразка з бажаним фазовим складом при подальшому охолодженні на повітрі. Далі допованих зразок поміщають в піч, нагріту до температури 420-450°C і витримують у ній протягом 15-30 хвилин. Після цього допованих зразок витягають з печі, охолоджують на повітрі і проводять аналіз складу будь-яким з методів кількісного РФА і, враховуючи кількість поза�ической обробкою дозволяє отримати зразки з рівноважним фазовим складом з відомими кристалічними фазами і з хорошою окристаллизацией фаз в пробі, що є необхідним при застосуванні методів кількісного РФА. 2 з.п. ф-ли, 3 іл., 2 табл.

Пристрій відводу газів з-під підошви самообжигающегося анода

Винахід відноситься до электролизерам для одержання алюмінію з верхнім підводом струму, зокрема до пристрою відведення газів з-під підошви самообжигающегося анода. У пристрої відведення газів з-під підошви самообжигающегося анода в систему організованого газоотсоса у вигляді труб, запечених в тіло анода за його поздовжньої або поперечної осей в один або кілька рядів, труби для відводу газів розташовані але всій висоті анода, при цьому в зоні рідкої анодної маси висота труб становить 0,25÷0,3 від загальної висоти труб, в зоні напівкоксу труби виконані перфорованими, і їх висота становить 0,5÷0,6 від загальної висоти труб, а в нижній частині в зоні сформованого анода труби забезпечені газопроводящими пробками, висота яких становить 0,2÷0,25 від загальної висоти труби. При цьому газопроводящие пробки виконані з подштиревой анодної маси з вмістом сполучної - кам'яновугільного пеку 35-40% мас. Забезпечується зменшення товщини газосодержащего шару електроліту, скорочення споживання електролізером електроенергії та збільшення виходу металу по струму. 1 з.п. ф-ли, 2 іл.

Спосіб випалу подини алюмінієвого електролізера з обпаленими анодами

Винахід відноситься до способу випалу подини алюмінієвого електролізера з обпаленими анодами. Спосіб включає нагрів подини, виконаної з катодних блоків з катодними блюмсами, електропровідним матеріалом, розміщення на ньому обпалених анодів, з'єднання анододержателей встановлених обпалених анодів з анодними шинами анодної ошинування електролізера, пропускання електричного струму через електропровідний матеріал і регулювання струмового навантаження обпалених анодів. Як електропровідного матеріалу використовують насипний графітовий матеріал з фракцією не більше 2 мм, розміщений у вигляді рядів усіченої піраміди розташованих в проекції ніпелів по всій довжині обпаленої анода, при цьому висоту кожного ряду встановлюють 10 мм до 100 мм в обернено пропорційній залежності від сили струму, що пропускається, становить від 500 кА до 100 кА, а з'єднання всіх анододержателей встановлених обпалених анодів з анодними шинами анодної ошинування електролізера здійснюють за допомогою гнучких елементів. Забезпечується підвищення терміну служби електролізера. 2 з.п. ф-ли, 1 іл.

Пристрій для збирання твердих відходів, наявних у электролизном розплаві і рідкому металі електролізної ванни, призначеної для виробництва алюмінію, за допомогою вискоблювання днища ванни

РЕФЕРАТ Винахід відноситься до пристрою для збирання твердих відходів і шламу з ванни електролізера для одержання алюмінію. Пристрій містить ківш для збору кірки, призначений для чищення анодних отворів, рухливу вертикальну стійку, що приводиться в рух першим приводом, раму, закріплену на рухомий вертикальній стійці, і шарнірний черпак, при цьому перший привід виконаний у вигляді гідроциліндра, питомого гідравлічним контуром, виконаним таким чином, що при приведенні в рух черпака допомогою другого приводу тиск масла в камері штока утримується, по суті, постійним, для утримування навантаження, що відповідає вазі пристрою для збору, зменшеною на задану величину, переважно, менше 1000 даН, зазвичай від 200 до 600 даН. Переважно, ділянка контуру, що живить камеру штока, забезпечений регулятором тиску. Розкрито також сервісний модуль і сервісне пристрій для електролізера для одержання алюмінію. Забезпечується можливість збору відходів, вискабливая днище ванни без пошкодження останнього. 4 н. і 7 з.п. ф-ли, 7 іл.

Поліпшення виливання алюмінію додатком цілеспрямованого електромагнітного поля

Винахід відноситься до системи і способу для виливання розплавленого алюмінію з електролізера для одержання алюмінію. Система містить контейнер, що має корпус, пристосований для поміщення в неї розплавленого алюмінію, і жолоб, має ділянку-підстава, з'єднаний з корпусом контейнера, ділянка-наконечник, дотичний з розплавом в електролізері, і канал, що з'єднує ділянка підстава з ділянкою-наконечником, для проходження розплаву в корпус контейнера, причому розплав в електролізері містить розплавлений алюміній і електроліт, і електричний джерело, з'єднаний з електролізером і виконаний з можливістю подачі допоміжного струму на жолоб для створення допоміжного електромагнітного поля щонайменше поблизу ділянки-наконечника жолоби, забезпечує за меншою мірою часткове збільшення потоку розплавленого алюмінію в жолоб при вступі допоміжного струму на жолоб, знаходиться у рідинному повідомленні з розплавом в електролізері. Розкрито також спосіб виливання алюмінію з електролізера. Забезпечується полегшення видалення розплаву з електролізера. 2 н і 13 з.п. ф-ли, 2 іл.
Винахід відноситься до композиції для матеріалу смачиваемого покриття катода алюмінієвого електролізера для виробництва алюмінію з кріоліт-глиноземних розплавів. У складі порошкової композиції для матеріалу смачиваемого покриття катода алюмінієвого електролізера, що містить функціональний компонент диборид титану, сполучна і інертний наповнювач, сполучна містить одночасно два види в'яжучих - неорганічне, а саме насичений кислий розчин трихлорида алюмінію, і органічне, а саме полімер з високим коксовим числом. Забезпечується поліпшення характеристик формування порошкової композиції, збільшення механічної міцності і електропровідності матеріалу, синтезованого з неї, поліпшення якості, службових властивостей кінцевого смачиваемого матеріалу катодного покриття, що сприяє збільшенню терміну служби і підвищенню техніко-економічних показників електролізера.
Винахід відноситься до способу захисту смачиваемого покриття на основі диборида титану катодних блоків алюмінієвого електролізера від окислення при випаленні і пуску. Спосіб включає нанесення на смачиваемое покриття захисного шару, зберігає захисні властивості в усьому інтервалі температур випалу електролізера з температурою плавлення вище максимальної температури випалу і яка розчиняється при взаємодії з кріоліт-глиноземним розплавом електроліту Na3AlF6·Al2O3. В якості захисного шару використовують шар на основі водного лужного розчину силікатів натрію Na2O(SiO2)n або калію K2O(SiO2) і термічно стійкого компонента або шар на основі водного лужного розчину силікатів натрію Na2O(SiO2)n або калію K2O(SiO2). Захисний шар застосовують у таких пропорціях від 30 до 100% (Na2O(SiO2)n або калію K2O(SiO2)) і від 30% до 70% термічно стійкого компонента. У водний лужний розчин додають в якості термічно стійкого компонента вуглецевий пил або глинозем Al2O3. Винахід забезпечує підвищення захисних властивостей смачиваемого покриття за рахунок підвищеної стійкості захисного шару в локальних ділянках перегріву подини при випалюванні алюмінієвого електролізера. 3 з.п. ф-ли, 1 табл.
Up!