Производство алюминия (стр. 3 из 4)
Таким образом, чтобы обеспечить минимальный разряд натрия и наибольший выход алюминия, необходимо поддерживать низкую температуру электролита (955-9600С),- КО=2,6-2,8 и не допускать большего числа анодных эффектов.
Существуют и другие побочные процессы: анодный эффект, образование в ванне карбонада алюминия Al4C3, также различные примеси, которые попадают с сырьем в электролизер (окислы железа, кремния, кальция, титана, сульфаты, фосфаты и т.д.).
9. Анодный эффект положительные и отрицательные действия
Периодически возникающий искровой анодный разряд, наблюдаемый на аноде при электролизе криолито-глиноземного расплава, называется анодным эффектом. На практике называют - «вспышками». Вспышки возникают при снижении концентрации глинозема в электролизе от 1 – 1,5%. При этом рабочее напряжение на электролизе резко поднимается – с 4,2-4,3 до 25-30 В.
Поскольку анодный эффект связан с обеднением электролита глиноземом, то добавка новой порции глинозема и перемешивание электролита быстро устраняет анодный эффект и восстанавливается нормальный ход электролиза в пределах нормы 4,3-4,5V.
Возникновение анодного эффекта происходит из-за ухудшения смачиваемость подошвы анода расплавленным электролитом вследствие уменьшения содержания глинозема:
Al2O3 в электролите до 1-1,5%.
Когда электролит хорошо смачивает анод, газообразные продукты электролиза не могут удержаться на подошве анода и выделяются из электролиза в виде пузырьков. С уменьшением содержания глинозема в электролите отрыв пузырьков от подошвы затруднен, что увеличивает сопротивление и на электролизере И- увеличивается с 4,5 V до 25-30 V. Мелкие пузырьки сливаются в большие и оттесняют электролит от подошвы анода, постепенно образуя сплошную газовую прослойку между анодом и электролитом. В результате этого плотность тока на тех участках, где еще идет ток, резко возрастает, увеличивается сопротивление прохождению электрического тока, возрастает напряжение на ванне и возникает анодный эффект.
Анодный эффект бывает:
тусклые – до 15V
средние – до 15-25V
ясные – 25 и вышеV
Анодный эффект играет положительную и отрицательную роль в электролизе Al.
Положительная роль анодного эффекта – дает возможность контролировать нормальную работу электролизера.
Допустимая чистота (А.Э.) – 0,8-1,0 а.э. в сутки. Считается я, что при возникновении анодного эффекта полируется подошва анода, очищается от неровностей, от пены, растворяется осадок на подине.
Отрицательная роль анодного эффекта – это потери Al. При каждом анодном эффекте сгорает 1кг. наработанного металла, перерасход электроэнергии при А.Э. расходуется 150-160 кВч., дополнительный расход фторсырья, дополнительный расход анодной массы. Несет ущерб – 5,2$. Происходит перегрев электролита, увеличиваются потери фторсолей в результате испарения.
С увеличением плотности тока возможность возникновения анодного эффекта возрастает. Анодную плотность тока, при повышении которой наступает анодный эффект называют критической (dкр).
Величина критической плотности тока зависит от многих факторов: фтористый натрий улучшает смачиваемость, поэтому с увеличением содержания его в электролите критическая плотность тока возрастает. Также, плотность тока возрастает при увеличении содержания глинозема. При повышении температуры электролита смачиваемость анода также улучшается. Добавки в электролит фтористого кальция и фтористого магния понижают критическую плотность тока, способствуют учащению вспышек.
Анодные эффекты, которые не удается ликвидировать обычными способами, и которые продолжаются до нескольких часов, называются негаснущими. Они возникают из-за появления, не растворенного глинозема в электролите, которые ухудшают смачиваемость угольного анода. Негаснущие эффекты возникают чаще всего во время выливки или сразу после выливки алюминия из ванн, работающих на сильно кислом электролите и с низким его уровнем, с большими глиноземистыми осадками на подине и длинными подовыми настылями, уходящими под анод.
10. Расчет производительности электролизера. Расчет выхода по току. Расчет выхода по энергии. Расчет удельного расхода электроэнергии. Влияние различных факторов на выход по току
Как известно, количество алюминия (обозначим Рт), которое теоретически может быть получено в процессе электролиза за определенный промежуток времени t, определяется по закону Фарадея.
Рт = 0,336 гр * I * t
0,336 гр – электрохимический эквивалент равен количеству граммов алюминия полученного на катоде при прохождении силы тока в 1А в течении одного часа.
На практике же вследствие некоторых утечек тока и вторичных процессов (в частности, растворения алюминия в электролите и последующего взаимодействия растворения алюминия с анодными газами) количество получаемого алюминия (обозначим Рп) всегда меньше этой величины.
Отношение количества металла, фактически полученного при электролизе, к его теоретически ожидаемому количества за то же время называют выходом по току. Выход по току обозначают
ήт =Рф / Рт * 100%.
Выход по току при получении алюминия на мощных электролизерах с верхних токоподводом обычно составляет 0,82-0,85 (82-85%). Зная выход по току и силу тока на серии, можно рассчитать суточную производительность электролизера по формуле
P = 8,04 * l* ήт / 1000 кг/ сутки.
Например, производительность электролизера на силу тока 160 000 А и при выходе по току 0,82 в сутки составит:
Р = 8,04 * (160 000 * 0,82) / 1000 = 1055 кг.
Выход по току – один из основных показателей, определяющих количество произведенного алюминия и расход электроэнергии на его получение. По этому показателю судят о качестве всей работы электролизного цеха, корпуса, бригады и электролизера.
По фактической величине выхода по току видно, что 15-18% от теоретического количества получаемого алюминия теряется.
К основным причинам непроизводительного расхода электроэнергии и снижению выхода по току относятся:
- утечки электрического тока в землю (при нарабатывании алюминия, ток проходит через электролит одного электрода ванны к другому, но некоторая часть проходит, не участвуя в электролизе, что называется утечками тока).
- утечки в результате технологических нарушений (потеря тока через конус на подошве анода при контакте его с зеркалом металла. Куски анода, скопление угольной пены в междуполюсном пространстве).
- электролиз окислов кремния, железа, меди и других, более электроположительных, чем алюминий, элементов. (эти примеси, при попадании в электролит с сырьем повышают расход электроэнергии и загрязняют алюминий).
- снижение выхода по току в следствие растворения его в электролите и последующего взаимодействия растворенного алюминия с анодными газами и кислородом воздуха.
На величину этих потерь и на величину выхода по току оказывают влияние следующие факторы:
- температура электролита;
- межполюсное расстояние;
- плотность тока;
- состав электролита;
- качество обслуживание электролизеров.
На практике часто пользуются показателем расхода электроэнергии, называемым выходом по энергии. За выход по энергии принимают количество алюминия, полученное на каждый киловатт-час затраченной электроэнергии (ήэн = г/кВч = 0,336 *ήT/ Vср * 103), т. е. выход по энергии прямопропорционален выходу по току и обратно пропорционален среднему напряжению на ванне.
Удельный расход электроэнергии
W = Vcp * 103 / 0,336 * ήт кВч/т
V ср – среднее напряжение, чем оно больше , тем больше расход электроэнергии.
Vср = Vраб + ∆Иаэ + ∆И корпусной шинковки.
Расход электроэнергии W может быть определен как частное от деления количества затраченной электроэнергии на полученное при этом количестве Al.
A = Y * V * t * 10-3
P = 0,336 * Y * t * ήт * 10-6
W = Y * V * t * 10-3 / 0,336 * Y * t * ήт * 10-6 =
= V * 10-3 / 0,336 * ήт = H1 * 3 *10-3 / 0,336 * 88% =
= 4300 / 0,336 * 0,88 = 4300/ 29,568 = 14 543кВч/т, при 4,5 = 15219 кВч/т
11. Технологические параметры катодного узла электролизера
t0 С электролита – 965 (+- 40)
КО – 2,4-2,5.CaF2 – 4 – 6 % неболее ∑%10-8
MgF2 – 4-6%
Уровень Ме 38-42 см. в зависимости от глубины шахты
Уровень электролита 118 (+-2) см.
ФРП (форма рабочего пространства настыль к горнисаж)
L настыли 1-1,5 Ир = 4,3-4,5V
Nт на промышленных электролизерах прежде всего чувствуется к изменению температуры электролита.
Считается что при увеличении t0 С на 100 С снижается Nт на 3%.
Температура электролита зависит от количества тепла, выделяется в единицу времени (приход тепла) а отдача тепла электролитом за этот же период- это расход тепла.
При определенном рабочем U и температуре электролита на электролизере устанавливается тепловое равновесие.
При нарушении теплового равновесия температура электролита, или резко повышается или резко понижается. Большая часть тепла выделяется в слои электролита и зависит от его удельного сопротивления и междуполюсного расстояния. Поэтому регулированием междуполюсного расстояния можно легко уменьшить или увеличить приход тепла в электролизере и расход электроэнергии, т. к. сопротивление электролита в междуполюсном зазоре прямопропорционально изменению U раб. При увеличении междуполюсного зазора- увеличивается напряжение на электролизере.