RU2121014C1

RU2121014C1 - Electrolyzer with self-sintering electrode

Info

Publication number: RU2121014C1
Application number: RU95100760A
Authority: RU
Inventors: Арне Пеулсен Кнут
Original assignee: Норск Хюдро А.С.
Priority date: 1994-01-07
Filing date: 1995-01-06
Publication date: 1998-10-27
Also published as: NO940076D0; CA2139279A1; NO301940B1; NO940076L

Abstract

FIELD: design of aluminum electrolyzers. SUBSTANCE: electrolyzer with self-sintering electrode for production of aluminum has cathode that presents electrolyzer bath, unit of anode enclosure placed above cathode in immobile position and carrying carbon anode partially passing into electrolytic bath, means to feed and remove direct current from electrolyzer and aid to inject additives, for instance aluminum oxide, into electrolyzer bath. Anode is divided into two sections so that unit of anode enclosure is composed of two sections placed in parallel and one close to another. Separable lid or structure is positioned between sections of enclosure. Proposed design ensures solving of problem of air pollution, improves gas trapping, simplified loading and provides for metered loading. EFFECT: increased environmental control, improved operational characteristics. 5 cl, 4 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к электролизеру типа Soderberg, то есть с самоспекающимся электродом для производства алюминия, содержащему катод, который включает в себя электролитическую ванну, анод, расположенный над катодом и проходящий частично в электролитическую ванну, средство подвода и отвода тока из электролизера и средство ввода добавок в электролизер. The present invention relates to an Soderberg type electrolytic cell, that is, with a self-sintering electrode for aluminum production, comprising a cathode that includes an electrolytic bath, an anode located above the cathode and partially extending into the electrolytic bath, means for supplying and removing current from the cell and means for introducing additives into the cell.

Самоспекающийся электрод был изобретен Содербергом на рубеже двух столетий, однако до 1924 года его не использовали в алюминиевой отрасли промышленности. A self-sintering electrode was invented by Soderberg at the turn of the century, but until 1924 it was not used in the aluminum industry.

Самоспекающийся электрод имеет стальной кожух в форме цилиндра, заполняемого электродной массой, состоящей из обожженного антрацита, нефтяного кокса и смолы. Во время применения массы размягчают в горячей зоне для образования сплошного угольного электрода, который опускают в электролизер по мере его расхождения. Кожух электрода стационарный, и только угольный электрод подается в ванну электролизера. The self-sintering electrode has a steel casing in the form of a cylinder filled with an electrode mass consisting of calcined anthracite, petroleum coke and resin. During application, the masses are softened in a hot zone to form a continuous carbon electrode, which is lowered into the cell as it diverges. The electrode casing is stationary, and only the carbon electrode is fed into the electrolyzer bath.

Подвод тока к аноду осуществляется через болты, стенки анода (старая конструкция) или через его верхнюю часть. Болты перемещаются иногда в более высокое положение во время подачи свежей электродной массы, когда анод расходуется. The current is supplied to the anode through bolts, anode walls (old design) or through its upper part. The bolts sometimes move to a higher position during the supply of fresh electrode mass when the anode is consumed.

До настоящего времени большую часть алюминия получают путем электролиза в электролизерах с самоспекающимися электродами, однако эта технология заменяется в большинстве случаев технологией с применением предварительно спеченных анодов. Для этого существует много причин, однако наиболее важной причиной является то, что электролизеры с самоспекающимися анодами менее эффективны (большое потребление электроэнергии),что приводит к большому загрязнению и больше затрачивается труда. To date, most of the aluminum obtained by electrolysis in electrolytic cells with self-sintering electrodes, however, this technology is replaced in most cases by technology using pre-sintered anodes. There are many reasons for this, but the most important reason is that electrolytic cells with self-sintering anodes are less efficient (high energy consumption), which leads to more pollution and more labor.

В соответствии с настоящим изобретением получен электролизер со значительно улучшенным самоспекающимся электродом, позволяющий использовать достижения в технологии известных электролизеров с предварительно спеченными анодами, сохранить электролизеры с самоспекающимися анодами и возможно также построить новые установки для производства алюминия, основанные на такой технологии. In accordance with the present invention, an electrolytic cell with a significantly improved self-sintering electrode is obtained, which makes it possible to use the achievements in the technology of known electrolytic cells with pre-sintered anodes, to preserve electrolytic cells with self-sintering anodes, and it is also possible to build new aluminum production plants based on this technology.

В соответствии с настоящим изобретением изготовлен электролизер типа Soderberg, который отличается тем, что анод состоит из двух частей, расположенных в двух неподвижных кожухах анода, которые проходят параллельно и близко друг к другу, причем, как указано в пункте 1 формулы изобретения, между кожухами анода расположена съемная конструкция или крышка. In accordance with the present invention, a Soderberg type electrolyzer is manufactured, which is characterized in that the anode consists of two parts located in two stationary anode casings, which extend parallel and close to each other, and, as indicated in paragraph 1 of the claims, between the anode casings a removable structure or cover is located.

С такой определенной здесь конструкцией добавки (окись алюминия и фторид) можно вводить в электролизер посредством дозированной подачи в соответствующее место между секциями анода. Это позволит исключить трудоемкую ручную подачу, которая является наиболее распространенным способом, применяемым в современных электролизерах с самоспекающимися анодами. Между прочим, это также решит проблемы загрязнения воздуха и скопления добавок, которые затрудняют или делают невозможным точную подачу в таких электролизерах в настоящее время. With such a construction as defined here, additives (alumina and fluoride) can be introduced into the electrolyzer by metering to a suitable location between the sections of the anode. This will eliminate the time-consuming manual feed, which is the most common method used in modern electrolytic cells with self-sintering anodes. Incidentally, this will also solve the problems of air pollution and the accumulation of additives, which make it difficult or impossible to accurately supply such electrolysis cells at present.

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением значительно улучшается улавливание газов, поскольку загрузку электролизера осуществляют между секциями анода, которые снабжены плотно закрывающей конструкцией или крышкой и поскольку расстояние между анодами и катодом очень небольшое и его можно эффективно уплотнить. В известном электролизере с самоспекающимся электродом расстояние между анодом и катодом большое, чтобы мог работать электролизер во время применения, и поскольку этот участок нельзя закрыть по практическим причинам, то пыль и газы, образующиеся во время работы электролизера, будут выходить в окружающую среду из этой зоны. In addition, in accordance with the present invention, gas capture is significantly improved since the electrolyzer is charged between sections of the anode which are provided with a tightly closing structure or cover and since the distance between the anodes and the cathode is very small and can be effectively sealed. In the known electrolyzer with a self-sintering electrode, the distance between the anode and cathode is large so that the electrolyzer can work during use, and since this section cannot be closed for practical reasons, the dust and gases generated during the operation of the electrolyzer will exit into the environment from this zone .

Когда расстояние между анодом и катодом небольшое и достигается значительно лучшее уплотнение между анодом и катодом в соответствии с изобретением, то во время работы электролизера воздух будет меньше проникать и, следовательно, возможность окисления анода уменьшается. Кроме того, отсутствует необходимость в применении колпака, который обычно применяют в известном электролизере с самоспекающимся анодом, следовательно, текущий ремонт для содержания и исправности колпака не потребуется. When the distance between the anode and cathode is small and a much better seal is achieved between the anode and cathode in accordance with the invention, air will penetrate less during operation of the cell and, therefore, the possibility of oxidizing the anode is reduced. In addition, there is no need to use a cap, which is usually used in a known electrolytic cell with a self-sintering anode, therefore, maintenance to maintain and service the cap is not required.

Еще одним преимуществом применения секционного анода является то, что каждая секция анода относительно узкая. Another advantage of using a sectional anode is that each section of the anode is relatively narrow.

Газ проходит внутрь в сторону наивысшей точки анода, то есть в направлении конструкции в форме крышки, расположенной между секциями анода. Как было указано, колпаки для вытяжки газа, которые могут быть повреждены струей из ванны, отсутствуют. Это значит, что можно выбрать такой наполнитель для анода, который может дать только наименьшую усадку анода, а именно крупнозернистый наполнитель с небольшим количеством порошкообразного материала и смолы, таким образом можно получить дешевый анод с низким содержанием ПАН. The gas flows inward toward the highest point of the anode, that is, in the direction of the structure in the form of a cover located between the sections of the anode. As indicated, there are no gas hoods that may be damaged by the jet from the bath. This means that you can choose a filler for the anode that can give only the smallest shrinkage of the anode, namely a coarse-grained filler with a small amount of powdered material and resin, so you can get a cheap anode with a low content of PAN.

Глубокий "колодец" будет обеспечивать хорошую непроницаемость анода, а это вместе с хорошим улавливанием газа и защитой от окисления анода будет создавать меньше проблем в связи с образованием и накоплением сажи. A deep "well" will provide good anode impermeability, and this, together with good gas trapping and protection against oxidation of the anode, will create fewer problems due to the formation and accumulation of soot.

Плотный анод с незначительными трещинами и порами позволяет осуществлять незначительную регулировку болтов без утечки через отверстия под болты, когда их затягивают. Небольшое расстояние между болтами и изнашивающейся поверхностью позволяет применять низкое напряжение на аноде. Это хорошо для достижения термического равновесия анода и это можно использовать для увеличения тока и уменьшения расхода удельной энергии. A dense anode with minor cracks and pores allows for minor bolt adjustment without leakage through bolt holes when they are tightened. The small distance between the bolts and the wearing surface allows low voltage to be applied to the anode. This is good for achieving thermal equilibrium of the anode, and it can be used to increase current and reduce specific energy consumption.

В соответствии с предпочтительным исполнением предлагается применять принудительное охлаждение анода и в промежутке между секциями анода, как раскрыто в зависимых пунктах 2-4 формулы изобретения. Это обеспечивает то, что можно получить глубокий "колодец" анода и холодную верхнюю часть анода, которые будут вносить свой вклад в дополнительное уменьшение эмиссии ПАН и в улучшение свойств анода. Охлаждение анода будет также исключать перегрев электролизеров и, следовательно, уменьшать напряжение на аноде и катоде в результате теплового расширения. In accordance with a preferred embodiment, it is proposed to use forced cooling of the anode and between the sections of the anode, as disclosed in dependent claims 2-4. This ensures that you can get a deep "well" of the anode and the cold upper part of the anode, which will contribute to an additional reduction in PAN emission and to improve the properties of the anode. The cooling of the anode will also exclude overheating of the electrolysers and, therefore, reduce the voltage at the anode and cathode as a result of thermal expansion.

Кроме того, в качестве альтернативного решения можно разместить механический колпак между кожухами анода и катодом в виде легких крышек, как раскрыто в пункте 5. Однако возможно будет достаточно покрыть эти участки слоем окиси для получения достаточного уплотнения между анодом и катодом. In addition, as an alternative solution, a mechanical cap can be placed between the anode shells and the cathode in the form of light covers, as described in paragraph 5. However, it will be possible to cover these areas with an oxide layer to obtain a sufficient seal between the anode and cathode.

В качестве другого варианта можно также разместить точку отвода газов над секциями анода для удаления анодных газов, выделяемых в связи с затягиванием анодных болтов, как раскрыто в пункте 6 формулы изобретения. Alternatively, you can also place the point of exhaust gases above the sections of the anode to remove the anode gases released in connection with the tightening of the anode bolts, as described in paragraph 6 of the claims.

Теперь настоящее изобретение будет описано более подробно на примерах со ссылкой на чертежи, на которых фиг.1 показывает схематически электролизер для производства алюминия, как это изображено в продольном разрезе; фиг.2 - вид в разрезе электролизера в плоскости А-А фиг.1 в увеличенном масштабе; фиг. 3 - вид в горизонтальном разрезе в плоскости В-В фиг.2 и фиг.4 - вид в более увеличенном масштабе конструкции между секциями анода, показанными на фиг.2. Now, the present invention will be described in more detail by way of example with reference to the drawings, in which FIG. 1 shows schematically an electrolytic cell for aluminum production, as shown in longitudinal section; figure 2 is a view in section of the electrolyzer in the plane aa of figure 1 on an enlarged scale; FIG. 3 is a view in horizontal section in the plane BB of FIG. 2 and FIG. 4 is a view on a larger scale of the structure between the anode sections shown in FIG. 2.

Электролизер для производства алюминия состоит в общих чертах, как показано на фиг.1, из анода 1 и катода 2. Постоянный ток подается к аноду от шин (не показаны) через анодные штанги 3, удлинители 4 болтов, болты 5 и через анод 1. От анода ток проходит через ванну, расплавленный металл 18 и через катодные штанги 7 к шинам (не показаны), расположенным вниз по течению, и затем к следующему электролизеру. Таким образом электролизеры соединены последовательно, причем может быть установлено несколько десятков электролизеров в одном ряду, расположенном продольно или поперечно. An electrolyzer for aluminum production consists in general terms, as shown in FIG. 1, from anode 1 and cathode 2. A direct current is supplied to the anode from buses (not shown) through anode rods 3, extension bolts 4, bolts 5 and through anode 1. Current flows from the anode through the bath, molten metal 18 and through cathode rods 7 to buses (not shown) located downstream, and then to the next electrolyzer. Thus, the electrolytic cells are connected in series, and several tens of electrolytic cells can be installed in one row located longitudinally or transversely.

Традиционный самоспекающийся анод или электрод состоит, как было указано, из неподвижного стального кожуха, заполненного угольной массой из прокаленного антрацита, нефтяного кокса и смолы. Во время применения масса расплавляется в горячей ванне зоне, образуя сплошной угольный электрод, который подают в электролитическую ванну (фиг.2). Одновременно подают сверху свежую углеродную массу, когда болты 5 перемещаются в более высокое положение. A traditional self-sintering anode or electrode consists, as indicated, of a fixed steel casing filled with a coal mass of calcined anthracite, petroleum coke and resin. During application, the mass is melted in a hot bath zone, forming a solid carbon electrode, which is fed into the electrolytic bath (figure 2). At the same time, fresh carbon mass is fed from above when the bolts 5 move to a higher position.

Особым признаком настоящего изобретения является то, что, как показано на фиг.2 и 3, самоспекающийся анод 1 разделен на две, предпочтительно одинакового размера части 6 и 7, то есть с двумя кожухами 8 и 9 анода, которые расположены параллельно и близко друг от друга. При расположении анодов на расстоянии друг от друга между частями анода образуется центральный канал 10, снабженный конструкцией 11. Вследствие действия магнитных полей уровень металла будет наибольшим под центром анода. A particular feature of the present invention is that, as shown in FIGS. 2 and 3, the self-sintering anode 1 is divided into two, preferably the same size parts 6 and 7, that is, with two casing 8 and 9 of the anode, which are parallel and close to each other friend. When the anodes are located at a distance from each other between the parts of the anode, a central channel 10 is formed, provided with a structure 11. Due to the action of magnetic fields, the metal level will be greatest under the center of the anode.

Таким образом, при применении секционного анода, например, как описано и показано здесь, газ будет проходить в направлении центрального канала, из которого он будет течь свободно в сторону концов канала, где установлены горелки (не показаны подробно), которые соединены с первичным газосборником (не показан). Поскольку между катодом 2 и секциями 6 и 7 анода небольшое расстояние в этой конструкции с секционным анодом, то обычно будет достаточно покрыть это пространство слоем окиси 12 для исключения утечки газа в окружающую среду. Однако дополнительно к слою окиси или как отдельное решение можно разместить небольшие легкие крышки 13 между катодной крышкой и стенками анода для удаления газов в первичный газосборник. Thus, when using a sectional anode, for example, as described and shown here, the gas will flow in the direction of the central channel, from which it will flow freely towards the ends of the channel where the burners (not shown in detail) are installed, which are connected to the primary gas collector ( not shown). Since there is a small distance between the cathode 2 and sections 6 and 7 of the anode in this design with a sectional anode, it will usually be sufficient to cover this space with a layer of oxide 12 to prevent gas leakage into the environment. However, in addition to the oxide layer or as a separate solution, it is possible to place small light covers 13 between the cathode cover and the anode walls to remove gases into the primary gas collector.

При применении секционного анода добавки, как, например, окись алюминия и фторид, можно подавать, как было указано, посредством одного или более питателей с делениями 14, установленных в связи с конструкцией 11, расположенной между секциями анода. Перемешивание ванны электролизера очень хорошее в этой зоне, а температура высокая, таким образом, добавки будут растворяться быстро и эффективно. When using a sectional anode, additives, such as alumina and fluoride, can be supplied, as indicated, by one or more feeders with divisions 14 installed in connection with the structure 11 located between the sections of the anode. The mixing of the electrolyzer bath is very good in this area, and the temperature is high, so the additives will dissolve quickly and efficiently.

В соответствии с настоящим изобретением анод можно снабдить системой охлаждения. Система охлаждения может состоять из контуров труб 15, расположенных на внешней стороне кожухов в зону между секциями анода и на конструкции 11 над центральным каналом 10. Цель охлаждения - это регулирование формы зоны 16 спекания в аноде и исключение перегрева электролизера. Возможно также будет целесообразно разместить охлаждающую трубу 19 в неспеченной части анода. Это внесет свой вклад в образование "колодца" анода (холодная верхняя часть анода) и в улучшении характеристик анода. В качестве хладагента в трубах можно использовать воду или другую соответствующую охлаждающую среду. In accordance with the present invention, the anode can be equipped with a cooling system. The cooling system may consist of pipe loops 15 located on the outside of the shells in the area between the anode sections and on the structure 11 above the central channel 10. The purpose of the cooling is to regulate the shape of the sintering zone 16 in the anode and to prevent overheating of the cell. It may also be appropriate to place the cooling tube 19 in the green part of the anode. This will contribute to the formation of the “well” of the anode (the cold upper part of the anode) and to the improvement of the characteristics of the anode. As the refrigerant in the pipes, you can use water or other appropriate cooling medium.

Несмотря на то, что здесь описано и показано применение системы охлаждающих труб, однако, как описано в формуле изобретения, можно применять в объеме изобретения другую систему охлаждения, например воздушную и т.п. Также можно охлаждать другие части анодов, а не те, которые показаны на фигурах, например, снаружи секций анода. Despite the fact that the application of the cooling pipe system is described and shown here, however, as described in the claims, another cooling system, for example, air or the like, can be used within the scope of the invention. It is also possible to cool other parts of the anodes, rather than those shown in the figures, for example, outside the sections of the anode.

Что касается конструкции или крышки 11, то ее можно изготовить в виде подвешенных на петлях легко съемных дверец с уплотнениями для опорной кромки кожухов анода (не показаны), либо можно применить затвор из слоя окиси, как показано на фиг.4. В последнем случае дверцы 11 или т.п. выполняют с обращенными вниз кромками 21, которые проходят в U-образные каналы 20, содержащие окись . As for the structure or cover 11, it can be made in the form of easily removable doors suspended on hinges with seals for the supporting edge of the anode housings (not shown), or a shutter made of an oxide layer can be used, as shown in Fig. 4. In the latter case, doors 11 or the like. perform with downward facing edges 21, which pass into the U-shaped channels 20 containing oxide.

Claims

1. Electrolyzer with a self-sintering electrode for the production of aluminum, containing a cathode, which is an electrolytic bath, anode casing assembly located in a fixed position above the cathode and containing a carbon anode, partially passing into the bath of the cell, means for supplying and removing direct current from the cell and means introducing additives, for example alumina, into the electrolyzer bath, characterized in that the anode is divided into two sections with the formation of two anode housings that are parallel and close of each other, wherein between the housing sections placed a removable cover or design.

2. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that the anode sections, preferably the walls of the casing sections, are made cooled in the zone between the anode sections and the cover by means of a cooling system.

3. The electrolytic cell according to claim 1 or 2, characterized in that the cooling system consists of a system of cooling pipes located loops on the outside of the casing sections and in the upper green part of the anode.

4. The electrolyzer according to claim 1 or 2, characterized in that the anode sections are made cooled by means of an air cooling system with fans or the like. means.

5. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that between the section of the casing of the anode and the cathode is a mechanical cap in the form of lightweight aluminum covers or the like.

6. The electrolyzer according to claim 1, characterized in that the point of exhaust gases is located in connection with the sections of the anode, and the outlet is connected to the Central channel to remove gases from the anode in connection with the tightening of the anode bolts.