RU2727384C1 - Thermochemically stable anode for aluminum electrolysis - Google Patents
Thermochemically stable anode for aluminum electrolysis Download PDFInfo
- Publication number
- RU2727384C1 RU2727384C1 RU2019143164A RU2019143164A RU2727384C1 RU 2727384 C1 RU2727384 C1 RU 2727384C1 RU 2019143164 A RU2019143164 A RU 2019143164A RU 2019143164 A RU2019143164 A RU 2019143164A RU 2727384 C1 RU2727384 C1 RU 2727384C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum
- cap
- anode
- electrical conductor
- molten
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
- C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
- C25C3/12—Anodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
- C25C7/02—Electrodes; Connections thereof
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к оборудованию для производства алюминия электролизом криолито-глинозёмных расплавов, а именно к конструкции анодного устройства электролизёра.The invention relates to the field of nonferrous metallurgy, in particular to equipment for the production of aluminum by electrolysis of cryolite-alumina melts, and in particular to the design of the anode device of the electrolyzer.
Известен диффузионно-сваренный несъёмный электрод (Диффузионно-сваренный несъёмный электрод и его использование для электролитического производства металлов и кремния: патент на изобретение № 4468298, Соединенные Штаты Америки, заявка № US 19820451070; заявл. 20.12.1982; опубл. 28.08.1984), который по своей сути представляет собой термохимически стойкий анод и может быть применён для электролиза алюминия. Данный анод, присоединённый при помощи диффузионной сварки к металлической штанге, представляет собой изделие из металлокерамики в виде сплошного или полого цилиндра с днищем.Known diffusion-welded non-removable electrode (Diffusion-welded non-removable electrode and its use for the electrolytic production of metals and silicon: patent for invention No. 4468298, United States of America, application No. US 19820451070; app. 12/20/1982; publ. 08/28/1984), which in essence is a thermochemically resistant anode and can be used for aluminum electrolysis. This anode, connected by diffusion welding to a metal rod, is a cermet product in the form of a solid or hollow cylinder with a bottom.
Недостатком данного технического решения является большое электрическое сопротивление анода, возникающее при его использовании, что обуславливает высокий расход технологической электроэнергии.The disadvantage of this technical solution is the high electrical resistance of the anode that occurs during its use, which causes a high consumption of technological electricity.
Наиболее близким к заявляемому устройству является термохимически стойкий анод для электролиза алюминия (Термохимически стойкий анод для электролиза алюминия: патент на изобретение № 2679224, Российская Федерация, заявка № RU 2018112432; заявл. 06.04.2018; опубл. 06.02.2019). Данный анод включает тепло- и электроизоляционный, прицепленный к металлической штанге колпак, состоящий из боковых и верхней стенок, выполненный из химически стойкого материала, и монометаллический электропроводник, размещённый внутри колпака, покрытый защитным однородным оксидным слоем. Колпак содержит манжет проёма в одной из стенок. Электропроводник имеет в своём составе контактную колодку, расположенную внутри манжета проёма, и распределительный токопровод, установленный над стенками колпака и соединяющий контактную колодку с металлической штангой, прикреплённой к анодной шине.The closest to the claimed device is a thermochemically resistant anode for aluminum electrolysis (Thermochemically resistant anode for aluminum electrolysis: patent for invention No. 2679224, Russian Federation, application No. RU 2018112432; filed. 04/06/2018; published 02/06/2019). This anode includes a heat and electrical insulating cap attached to a metal rod, consisting of side and top walls, made of a chemically resistant material, and a monometallic electrical conductor placed inside the cap, covered with a protective uniform oxide layer. The cap contains an opening cuff in one of the walls. The electrical conductor includes a terminal block located inside the cuff of the opening, and a distribution conductor installed above the walls of the cap and connecting the terminal block with a metal rod attached to the anode bus.
Данное техническое решение принято за прототип.This technical solution was taken as a prototype.
Недостатком прототипа при использовании расплавленного алюминиевого электропроводника является повышенный расход технологической электроэнергии, сопряжённый с несовершенством конструкции манжета проёма, неправильным его расположением относительно уровня жидкого электропроводника и обусловленный нестабильным повышенным электрическим сопротивлением в контактной колодке, представляющей собой двухфазную систему «твёрдая составляющая часть алюминия - жидкая составляющая часть алюминия».The disadvantage of the prototype when using a molten aluminum electrical conductor is the increased consumption of technological electricity, coupled with the imperfection of the design of the cuff of the opening, its incorrect location relative to the level of the liquid electrical conductor and due to the unstable increased electrical resistance in the terminal block, which is a two-phase system "solid component of aluminum - liquid component aluminum ".
Техническая проблема заключается в создании термохимически стойкого анода с низким расходом технологической электроэнергии, повышенным сроком службы анода.The technical problem lies in the creation of a thermochemically resistant anode with low consumption of technological electricity, increased service life of the anode.
Технический результат заключается в обеспечении надёжного электрического контакта на границах соприкосновения жидкой и твёрдой фаз алюминия, уменьшении электрического сопротивления в контактной колодке.The technical result consists in ensuring reliable electrical contact at the boundaries of contact between the liquid and solid phases of aluminum, reducing the electrical resistance in the terminal block.
Технический результат достигается тем, что тепло- и электроизоляционный прицепленный через держатель к металлической штанге колпак с манжетом проёма в его стенке и находящийся внутри колпака монометаллический покрытый защитным оксидным слоем электропроводник с контактной колодкой, помещённой в манжет проёма, согласно изобретению уровень покрытого корундовым слоем расплавленного алюминиевого электропроводника, принявшего висячее положение внутри колпака под действием вакуума в герметичной полости между электропроводником и стенками колпака, установлен выше или вровень с поверхностью расплавленной части его контактной колодки, расположенной в основном манжете проёма и примкнутой через алюминиевый токопровод к штанге.The technical result is achieved by the fact that a heat and electrical insulating cap attached through a holder to a metal rod with a cuff of the opening in its wall and a monometallic conductor covered with a protective oxide layer inside the cap with a contact block placed in the cuff of the opening, according to the invention is the level of molten aluminum coated with a corundum layer of the electrical conductor, which has taken a hanging position inside the cap under the action of a vacuum in a sealed cavity between the electrical conductor and the walls of the cap, is installed above or flush with the surface of the molten part of its terminal block, located in the main cuff of the opening and adjoined through the aluminum conductor to the rod.
Тепло- и электроизоляционный жаропрочный химически стойкий колпак, прицепленный через держатель к металлической штанге, предохраняет расположенный внутри его электропроводник от механических воздействий при обслуживании электролизёра и обуславливает сокращение потерь тепла анодом.A heat and electrical insulating heat-resistant chemically resistant cap, attached through a holder to a metal rod, protects the electrical conductor located inside it from mechanical influences during maintenance of the electrolyser and causes a reduction in heat loss by the anode.
Выполнение герметичной полости между стенками колпака в его верхней части и расплавленным электропроводником позволяет поддерживать анодный алюминий внутри колпака в висячем положении вследствие воздействия вакуума в замкнутом пространстве анода.Making a sealed cavity between the walls of the cap in its upper part and the molten electrical conductor allows maintaining the anode aluminum inside the cap in a hanging position due to the effect of vacuum in the closed space of the anode.
Использование жидкого алюминиевого электропроводника, покрытого защитным корундовым слоем, и поддерживание его уровня выше или вровень с поверхностью расплавленной части алюминиевой контактной колодки, помещённой в основной манжет проёма в стенке колпака, способствует уменьшению расхода технологической электроэнергии и улучшению качества металла, получаемого в процессе электролиза.The use of a liquid aluminum electrical conductor covered with a protective corundum layer and maintaining its level above or flush with the surface of the molten part of the aluminum terminal block, placed in the main cuff of the opening in the bell wall, helps to reduce the consumption of technological electricity and improve the quality of the metal obtained in the electrolysis process.
Применение дополнительного манжета проёма с гладкой или нарезной внутренней поверхностью и находящегося внутри его алюминиевого стержня с нарезкой или иного конструктивного элемента, постепенно опускающегося и при расплавлении стабилизирующего заданный уровень медленно расходуемого электропроводника, позволяет уменьшить электрическое сопротивление анода и увеличить срок его службы.The use of an additional collar of the opening with a smooth or threaded inner surface and an aluminum rod with a thread or other structural element located inside it, gradually descending and, when melting, stabilizing a given level of a slowly consumed electrical conductor, allows reducing the electrical resistance of the anode and increasing its service life.
Использование дополнительного манжета проёма для заливки алюминия внутрь колпака, снабжённого плотно прижатой к его нижним кромкам расходуемой в процессе электролиза углеродной пластиной, или внутрь колпака, установленного на плотно примкнутую подставку и снятого с неё после завершения разрежения воздуха в герметичной камере, обуславливает снижение расхода технологической электроэнергии.The use of an additional cuff of the opening for pouring aluminum into the cap, equipped with a carbon plate, which is tightly pressed to its lower edges, or inside the cap, installed on a tightly adjoined support and removed from it after the completion of the vacuum in the sealed chamber, causes a decrease in the consumption of technological electricity ...
Выполнение стенок манжетов проёмов небольшой толщины из материалов с повышенной теплопроводностью и использование увеличивающих их наружную теплоотдающую поверхность рёбер и/или иных конструктивных элементов, охлаждаемых естественными и/или принудительными потоками воздуха, позволяет уменьшить уровень электропроводника и высоту жидкой части контактной колодки, что сокращает потери технологической электроэнергии и затраты на изготовление анода.The execution of the walls of the cuffs of the openings of small thickness from materials with increased thermal conductivity and the use of ribs and / or other structural elements that increase their external heat-transfer surface, cooled by natural and / or forced air flows, allows to reduce the level of the electrical conductor and the height of the liquid part of the terminal block, which reduces the losses of the technological electricity and the cost of manufacturing the anode.
Внутри колпака могут быть установлены продольные и/или поперечные перегородки в виде пластин и/или иные конструктивные элементы, укрепляющие висячее положение расплавленного алюминиевого электропроводника и повышающие надёжность работы анода.Longitudinal and / or transverse partitions in the form of plates and / or other structural elements can be installed inside the bell, which strengthen the hanging position of the molten aluminum electrical conductor and increase the reliability of the anode.
Отличительной особенностью алюминия является его способность интенсивно взаимодействовать с кислородом. Поверхность изделия из алюминия покрыта сплошным, тонким (~2×10-5 см), но очень прочным оксидным (Al2O3) слоем, имеющим исключительно большое сцепление с поверхностью алюминия. При высокой температуре микропоры в тонком оксидном слое раскрываются и происходит наращивание его толщины вследствие окисления алюминия.A distinctive feature of aluminum is its ability to interact intensively with oxygen. The surface of an aluminum product is covered with a continuous, thin (~ 2 × 10 -5 cm), but very strong oxide (Al 2 O 3 ) layer, which has an extremely high adhesion to the aluminum surface. At high temperatures, micropores in a thin oxide layer open up and its thickness grows due to aluminum oxidation.
В начальный период работы установленного на электролизёр термохичмически стойкого анода выделяющийся на его нижней поверхности и перемещающийся по микропорам в оксидном слое кислород (в особенности атомарный) взаимодействует с анодным алюминием по следующей реакции:In the initial period of operation of a thermochemically resistant anode installed on the electrolyzer, oxygen (especially atomic oxygen) released on its lower surface and moving through micropores in the oxide layer interacts with anode aluminum according to the following reaction:
4Al+3O2(+2O)=2Al2O3 (корунд).4Al + 3O 2 (+ 2O) = 2Al 2 O 3 (corundum).
Утолщённый в процессе электролиза, непроницаемый, обладающий электронной проводимостью поверхностный корундовый (α-Al2O3) слой обеспечивает целостность алюминиевой основы электропроводника.Thickened during electrolysis, impermeable, electronically conductive surface corundum (α-Al 2 O 3 ) layer ensures the integrity of the aluminum base of the electrical conductor.
На растворимость поверхностного корундового слоя электропроводника влияет состав и свойства прианодной электролито-пузырьковой смеси.The solubility of the surface corundum layer of the electrical conductor is influenced by the composition and properties of the anode electrolyte-bubble mixture.
Доля газообразной фазы и мольная доля громоздких малоподвижных комплексов (AlOF2 -, AlOF3 2- и др.) в прианодной смеси зависит от плотности тока и концентрации глинозёма.The fraction of the gaseous phase and the molar fraction of bulky, inactive complexes (AlOF 2 - , AlOF 3 2- , etc.) in the anode mixture depends on the current density and the concentration of alumina.
Увеличение содержания глинозёма в электролито-пузырьковой смеси более 2 мас. % сопряжено с уменьшением мольной доли комплексных анионов AlF6 3-, которые практически теряют способность к разрушению кристаллической решётки корунда и не могут способствовать растворению слоя, покрывающего алюминиевую основу электропроводника.An increase in the alumina content in the electrolyte-bubble mixture by more than 2 wt. % is associated with a decrease in the molar fraction of complex anions AlF 6 3- , which practically lose the ability to destroy the corundum crystal lattice and cannot contribute to the dissolution of the layer covering the aluminum base of the electrical conductor.
Если концентрация Al2O3 в криолито-глинозёмном расплаве не превышает 2 мас. %, то происходит постепенное растворение поверхностного корундового слоя и одновременно его наращивание в связи с окислением анодного алюминия, при этом толщина корундового слоя практически является величиной постоянной, а уровень жидкой основы электропроводника медленно понижается.If the concentration of Al 2 O 3 in the cryolite-alumina melt does not exceed 2 wt. %, then there is a gradual dissolution of the surface corundum layer and at the same time its growth in connection with the oxidation of anodic aluminum, while the thickness of the corundum layer is practically constant, and the level of the liquid base of the electrical conductor slowly decreases.
Прочность поверхностного корундового слоя и прочность сцепления его с анодным алюминием в большой степени зависит от концентрации примесей в электропроводнике.The strength of the surface corundum layer and the strength of its adhesion to anodic aluminum largely depends on the concentration of impurities in the electrical conductor.
Вследствие воздействий постоянных колебаний электрического сопротивления, температуры, давления на участках границы анода с электролито-пузырьковой смесью в тех местах корундового слоя, где находятся частицы примесей, возникают постепенно увеличивающиеся микротрещины, которые заполняются криолито-глинозёмным расплавом и/или кислородом и/или газообразным фтористым водородом.Due to the effects of constant fluctuations of electrical resistance, temperature, pressure at the sections of the boundary of the anode with the electrolyte-bubble mixture in those places of the corundum layer where the particles of impurities are located, gradually increasing microcracks appear, which are filled with cryolite-alumina melt and / or oxygen and / or gaseous fluoride hydrogen.
Одновременно происходит активное взаимодействие анодного алюминия с проникающим сквозь трещины в корундовом слое кислородом и фтористым водородом по следующей реакции:At the same time, active interaction of anodic aluminum with oxygen and hydrogen fluoride penetrating through cracks in the corundum layer occurs according to the following reaction:
2Al+6HF=2AlF3+3H2.2Al + 6HF = 2AlF 3 + 3H 2 .
Образующийся AlF3 накапливается между поверхностным корундовым слоем и алюминием из-за непрочного их сцепления в местах нахождения примесей, формируя фторидную прослойку, которая увеличивает количество, размеры микротрещин и скорость разрушения корундового слоя.The resulting AlF 3 accumulates between the surface corundum layer and aluminum due to their fragile adhesion at the locations of impurities, forming a fluoride layer, which increases the number and size of microcracks and the rate of destruction of the corundum layer.
В связи с повышенным содержанием примесей в электропроводнике частицы корунда, отделяясь от разрушающегося и одновременно образующегося поверхностного слоя, опускаются вниз и растворяются в насыщенном комплексными анионами AlF6 3- криолито-глинозёмном расплаве или погружаются в катодный алюминий. Due to the increased content of impurities in the electrical conductor, corundum particles, separating from the disintegrating and simultaneously forming surface layer, descend and dissolve in a cryolite-alumina melt saturated with complex anions AlF 6 3 or immersed in cathode aluminum.
Настоящее изобретение поясняется чертежом, где изображён термохимически стойкий анод для электролиза алюминия, вид в разрезе.The present invention is illustrated by the drawing, which shows a thermochemically resistant anode for aluminum electrolysis, sectional view.
Термохимически стойкий анод для электролиза алюминия включает тепло- и электроизоляционный грузонесущий колпак 1, имеющий основной 6 и дополнительный 9 манжеты проёмов, и помещённый внутрь колпака 1 расплавленный алюминиевый электропроводник 3 с контактной колодкой 7, покрытый корундовым слоем 4.A thermochemically resistant anode for aluminum electrolysis includes a heat and electrical insulating load-carrying cap 1, which has a main 6 and additional 9 collars of openings, and a molten aluminum
Колпак 1 включает служащий для его подвески держатель 5, прикреплённый к штанге 2. Внутри основного 6 манжета проёма размещена состоящая из нижней расплавленной и верхней твёрдой частей алюминиевая контактная колодка 7, примкнутая через алюминиевый токопровод 8 к штанге 2.The cap 1 includes a
В дополнительный 9 манжет проёма с нарезкой его внутренней поверхности вкручен расходуемый и периодически наращиваемый алюминиевый элемент 10 (например, стержень с нарезкой), постепенно опускающийся и при расплавлении стабилизирующий уровень медленно расходуемого электропроводника 3.A consumable and periodically built-up aluminum element 10 (for example, a threaded rod) is screwed into an additional 9 cuffs of the opening with a thread on its inner surface, which gradually drops down and stabilizes the level of a slowly consumable
Стенки манжетов проёмов 6, 9 могут иметь небольшую толщину (по сравнению с другими стенками анода) и их выполняют из материалов с более высокой теплопроводностью по сравнению с материалами, используемыми для изготовления колпака 1, и предусматривают увеличение их наружной теплоотдающей поверхности посредством применения ребер или иных конструктивных элементов (не показаны на чертеже). При этом указанные ребра или иные конструктивные элементы охлаждаются с помощью потоков воздуха (естественных или принудительных).The walls of the cuffs of the
Расплавленный алюминиевый электропроводник 3 висит внутри колпака 1 вследствие воздействия вакуума в герметичной полости 11 (в полом замкнутом пространстве между стенками колпака 1 в его верхней части и электропроводником 3).The molten aluminum
Колпак 1 может быть оснащён продольными и/или поперечными перегородками 12 в виде пластин и/или иными расположенными внутри его конструктивными элементами, укрепляющими висячее положение жидкого электропроводника 3.The cap 1 can be equipped with longitudinal and / or
Верхние части колпака 1 могут быть выполнены из жаропрочной стали и покрыты теплоизоляционной футеровкой, а его нижние стенки, соприкасающиеся с электролитом и криолито-глинозёмной коркой, могут быть выполнены из карбидов или иных прочных материалов, не разрушающихся от воздействий расплава.The upper parts of the bell 1 can be made of heat-resistant steel and covered with a heat-insulating lining, and its lower walls in contact with the electrolyte and cryolite-alumina crust can be made of carbides or other durable materials that are not destroyed by the effects of the melt.
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
Агрегатом для электролитического получения алюминия является электролизёр, состоящий из трёх основных частей: катодного устройства, многоанодной системы и токопроводящей ошиновки.The unit for the electrolytic production of aluminum is an electrolyzer, which consists of three main parts: a cathode device, a multi-anode system and a conductive busbar.
Катодное устройство представляет собой шахту, выполненную из теплоизолированных углеродных подовых и бортовых блоков, заключённых в металлический кожух.The cathode device is a shaft made of heat-insulated carbon bottom and side blocks enclosed in a metal casing.
Основными частями многоанодной системы являются несколько отдельных вертикально расположенных штанг, удерживающих термохимически стойкие аноды в висячем положении. Размеры анодов зависят от мощности электролизёра и принятой для него плотности тока, то есть удельной амперной нагрузки на единицу площади анодов.The main parts of the multi-anode system are several separate vertical rods that hold the thermochemically resistant anodes in a hanging position. The dimensions of the anodes depend on the power of the electrolyzer and the current density adopted for it, that is, the specific ampere load per unit area of the anodes.
Подвод постоянного электрического тока к многоанодной системе осуществляется с помощью анодной ошиновки.DC electric current is supplied to the multi-anode system using an anode busbar.
Отвод тока от подины катода осуществляется по катодным шинам.The current is withdrawn from the bottom of the cathode along the cathode buses.
Сборку-монтаж термохимически стойкого анода осуществляют следующим образом.The assembly and installation of a thermochemically resistant anode is carried out as follows.
Монолитный алюминиевый электропроводник 3 или его отдельные части ставят на углеродную пластину и облекают пустотелым или имеющим перегородки 12 колпаком 1.Monolithic aluminum
В основной 6 манжет проёма помещают алюминиевую контактную колодку 7, примкнутую через токопровод 8 к штанге 2, которую с прицепленным к ней посредством держателя 5 колпаком 1 прикрепляют к анодной ошиновке.An aluminum terminal block 7 is placed in the main 6 cuffs of the opening, adjoined through the
Перед установкой анода на электролизёр к нижним кромкам колпака 1 вплотную прижимают временными тяжами и/или иными приспособлениями расходуемую в процессе электролиза углеродную пластину (не показана на чертеже), поддерживающую электропроводник 3 до его окончательного расплавления и разрежения воздуха в полости 11.Before installing the anode on the electrolyzer, the carbon plate (not shown in the drawing), which is consumed in the electrolysis process, is pressed against the lower edges of the bell 1 with temporary straps and / or other devices, which supports the
Расплавленный электропроводник 3 может быть залит через дополнительный 9 манжет проёма внутрь колпака 1, снабжённого расходуемой углеродной пластиной или установленного на подставку, которая обеспечивает целостность электропроводника 3 до завершения разрежения воздуха в полости 11.The molten
После заливки анодного алюминия вкручивают алюминиевый стержень 10 в манжет проёма 9, присоединяют контактную колодку 7 и колпак 1 к штанге 2, разрежают воздух в полости 11, снимают анод с подставки и устанавливают его на электролизёр.After pouring the anode aluminum, the
В шахту подготавливаемого к пуску электролизёра заливают жидкий алюминий и поверх его заливают расплавленный криолит (Na3AlF6) с добавками фторсолей. Нижнюю часть многоанодной системы погружают в криолито-глинозёмный расплав и устанавливают расстояние от нижней поверхности анодов до поверхности катодного алюминия 3,5-5,5 см, при этом с электролитом соприкасаются углеродная пластина или корундовый слой 4 электропроводника 3 и наружные поверхности нижних частей боковых стенок колпака 1.Liquid aluminum is poured into the mine of the electrolyser being prepared for start-up, and molten cryolite (Na 3 AlF 6 ) with addition of fluorine salts is poured over it. The lower part of the multi-anode system is immersed in a cryolite-alumina melt and the distance from the lower surface of the anodes to the surface of cathode aluminum is set to 3.5-5.5 cm, while the carbon plate or
На подключённом к источнику тока электролизёре от анодных шин ток поступает к штанге 2, соединённой с токоппроводом 8. По контактной колодке 7, прикреплённой к токопроводу 8, и остальной монометаллической части электропроводника 3 ток подходит к корундовому слою 4 и примкнутой к нему углеродной пластине, после расходования которой корундовый слой 4 соприкасается с прианодной электролито-пузырьковой смесью. Периодически загружаемый порошкообразный глинозём растворяется в криолито-глиноземном расплаве, образуя положительно заряженые ионы трёхвалентного алюминия и отрицательно заряженные оксифторидные комплексные ионы. Катионы движутся к катоду и присоединяют к себе электроны, превращаясь в атомы алюминия. Анионы независимо от их строения движутся к аноду (к поверхности корундового слоя 4 электропроводника 3) и отдают избыточные электроны, выделяя атомарный и молекулярный кислород в виде газовых пузырьков.On the electrolyzer connected to the current source from the anode buses, the current flows to the
Положение поверхности корундового слоя 4 может быть горизонтальным или наклонным или выпуклым или вогнутым или волнообразным. Скорость схождения пузырьков с покатой поверхности корундового слоя 4 по сравнению со скоростью их схождения с горизонтальной или вогнутой (обращенной внутрь электропроводника 3) поверхности существенно увеличивается, что снижает электрическое сопротивление прианодной электролито-пузырьковой смеси и сокращает потери технологической электроэнергии.The position of the surface of the
Выше приведен частный вариант реализации изобретения, что не исключает иных вариантов реализации в рамках заявляемого изобретения (например, внутрь колпака вначале помещают твёрдую часть электропроводника, а затем заливают его остальную часть).The above is a particular embodiment of the invention, which does not exclude other implementation options within the framework of the claimed invention (for example, the solid part of the electrical conductor is first placed inside the cap, and then the rest of it is poured).
Изобретение поясняется примером.The invention is illustrated by an example.
Испытания малогабаритного образца заявляемого устройства проводили более 23 суток на крупнолабораторном алюминиевом электролизёре с углеродным самообжигающимся анодом и верхним токпроводом на силу тока 6,1 кА.Tests of a small-sized sample of the claimed device were carried out for more than 23 days on a large-scale aluminum electrolyzer with a carbon self-baking anode and an upper current lead for a current of 6.1 kA.
В период испытаний образца температура электролита, содержавшего 2,0-5,1 мас. % глинозёма, составляла 970-975°C.During the test period of the sample, the temperature of the electrolyte containing 2.0-5.1 wt. % alumina was 970-975 ° C.
Колпак данного образца изготовлен из диборида титана, а электропроводник изготовлен из расплавленного алюминия с низким содержанием примесей, нижняя поверхность которого покрыта корундовым слоем. The cap of this sample is made of titanium diboride, and the electrical conductor is made of molten aluminum with a low impurity content, the lower surface of which is covered with a corundum layer.
При пропускании через образец предлагаемого анода постоянного электрического тока плотностью 1,1 А/см2 на поверхности электрохимически активного корундового слоя происходит разряд анионов и выделение кислорода.When passing through the sample of the proposed anode of a direct electric current with a density of 1.1 A / cm 2 on the surface of the electrochemically active corundum layer, anion discharge and oxygen release occur.
Рельефность поверхности оксидного слоя, зафиксированная до и после испытаний образца анода, практически не изменилась.The surface relief of the oxide layer, recorded before and after testing the anode sample, practically did not change.
Зависящая от температуры процесса электролиза и анодной плотности тока толщина корундового слоя алюминиевого электропроводника может достигнуть 0,01 и более см.Depending on the temperature of the electrolysis process and the anode current density, the thickness of the corundum layer of the aluminum electrical conductor can reach 0.01 cm or more.
В процессе электролиза однородный имеющий исключительно большое сцепление с поверхностью анодного алюминия корундовый слой электропроводника не расходуется в связи с тем, что при содержании глинозёма в расплаве 2,0-5,1 мас. % электролито-пузырьковая смесь насыщена громоздкими оксифторидными комплексными анионами, O2, O, а концентрация анионов AlF6 3-, являющихся растворителем окислов, незначительная.In the process of electrolysis, a homogeneous corundum layer of an electrical conductor, which has extremely high adhesion to the surface of anode aluminum, is not consumed due to the fact that with an alumina content in the melt of 2.0-5.1 wt. % electrolyte-bubble mixture is saturated with bulky oxyfluoride complex anions, O 2 , O, and the concentration of AlF 6 3- anions, which are a solvent for oxides, is insignificant.
В таблице приведены величины себестоимости производства алюминия, рассчитанные на основании результатов испытаний малогабаритного образца термохимически стойкого анода, в сравнении с величинами себестоимости получения алюминия, относящимися к применению прототипа.The table shows the values of the cost of aluminum production, calculated on the basis of the test results of a small-sized sample of a thermochemically resistant anode, in comparison with the values of the cost of producing aluminum related to the use of the prototype.
Таблица - себестоимость производства алюминияTable - the cost of aluminum production
Практическое применение предлагаемой конструкции анода выгодно, так как повышаются технико-экономические показатели производства алюминия.Practical application of the proposed anode design is beneficial, since the technical and economic indicators of aluminum production increase.
Использование заявляемого устройства при содержании глинозёма в электролите более 2 мас. % и температуре процесса электролиза 920-970°C даёт по сравнению с прототипом следующие преимущества: электрическое сопротивление электропроводника существенно снижается и увеличивается продолжительность эксплуатации анода.The use of the proposed device when the content of alumina in the electrolyte is more than 2 wt. % and the temperature of the electrolysis process 920-970 ° C gives the following advantages in comparison with the prototype: the electrical resistance of the electrical conductor is significantly reduced and the duration of the anode's operation increases.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019143164A RU2727384C1 (en) | 2019-12-23 | 2019-12-23 | Thermochemically stable anode for aluminum electrolysis |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019143164A RU2727384C1 (en) | 2019-12-23 | 2019-12-23 | Thermochemically stable anode for aluminum electrolysis |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2727384C1 true RU2727384C1 (en) | 2020-07-21 |
Family
ID=71741273
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019143164A RU2727384C1 (en) | 2019-12-23 | 2019-12-23 | Thermochemically stable anode for aluminum electrolysis |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2727384C1 (en) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4468298A (en) * | 1982-12-20 | 1984-08-28 | Aluminum Company Of America | Diffusion welded nonconsumable electrode assembly and use thereof for electrolytic production of metals and silicon |
| RU2037567C1 (en) * | 1992-05-26 | 1995-06-19 | Сибирский научно-исследовательский конструкторский и проектный институт алюминиевой, магниевой и электродной промышленности | Anode assembly of aluminium electrolyzer with top current lead |
| US5683559A (en) * | 1994-09-08 | 1997-11-04 | Moltech Invent S.A. | Cell for aluminium electrowinning employing a cathode cell bottom made of carbon blocks which have parallel channels therein |
| US20090250355A1 (en) * | 2006-05-15 | 2009-10-08 | E.C.L. | Method for making anodes for aluminium production by fused-salt electrolysis, resulting anodes and use thereof |
| RU2408743C1 (en) * | 2009-05-21 | 2011-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" (ООО "РУСАЛ ИТЦ") | Inert anode of electrolyser for production of aluminium |
| CN104047030B (en) * | 2014-06-27 | 2016-05-18 | 中国铝业股份有限公司 | The preparation method of the aluminum electrolysis inertia anode of a kind of ceramic package and alloy inner core |
| EA030951B1 (en) * | 2012-06-11 | 2018-10-31 | Иннер Монголия Юнайтед Индастриал Ко., Лтд. | Inert alloy anode used for aluminum electrolysis and preparation method therefor |
| RU2679224C9 (en) * | 2018-04-06 | 2019-02-13 | Михаил Константинович Кулеш | Thermochemical resistant anode for electrolysis of aluminum |
-
2019
- 2019-12-23 RU RU2019143164A patent/RU2727384C1/en active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4468298A (en) * | 1982-12-20 | 1984-08-28 | Aluminum Company Of America | Diffusion welded nonconsumable electrode assembly and use thereof for electrolytic production of metals and silicon |
| RU2037567C1 (en) * | 1992-05-26 | 1995-06-19 | Сибирский научно-исследовательский конструкторский и проектный институт алюминиевой, магниевой и электродной промышленности | Anode assembly of aluminium electrolyzer with top current lead |
| US5683559A (en) * | 1994-09-08 | 1997-11-04 | Moltech Invent S.A. | Cell for aluminium electrowinning employing a cathode cell bottom made of carbon blocks which have parallel channels therein |
| US20090250355A1 (en) * | 2006-05-15 | 2009-10-08 | E.C.L. | Method for making anodes for aluminium production by fused-salt electrolysis, resulting anodes and use thereof |
| RU2408743C1 (en) * | 2009-05-21 | 2011-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" (ООО "РУСАЛ ИТЦ") | Inert anode of electrolyser for production of aluminium |
| EA030951B1 (en) * | 2012-06-11 | 2018-10-31 | Иннер Монголия Юнайтед Индастриал Ко., Лтд. | Inert alloy anode used for aluminum electrolysis and preparation method therefor |
| CN104047030B (en) * | 2014-06-27 | 2016-05-18 | 中国铝业股份有限公司 | The preparation method of the aluminum electrolysis inertia anode of a kind of ceramic package and alloy inner core |
| RU2679224C9 (en) * | 2018-04-06 | 2019-02-13 | Михаил Константинович Кулеш | Thermochemical resistant anode for electrolysis of aluminum |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5254232A (en) | Apparatus for the electrolytic production of metals | |
| AU2002348467B2 (en) | Improved anode for use in aluminum producing electrolytic cell | |
| US3028324A (en) | Producing or refining aluminum | |
| CA1338052C (en) | Electrolytic reduction of alumina | |
| US7077945B2 (en) | Cu—Ni—Fe anode for use in aluminum producing electrolytic cell | |
| US6419813B1 (en) | Cathode connector for aluminum low temperature smelting cell | |
| US20070278107A1 (en) | Anode for use in aluminum producing electrolytic cell | |
| CA2369246A1 (en) | Aluminum low temperature smelting cell metal collection | |
| JP2012506485A (en) | Oxygen generating metal anode operating at high current density for aluminum reduction cells | |
| CN1735717B (en) | Aluminum electrolysis cell with metal based anode | |
| US4247381A (en) | Facility for conducting electrical power to electrodes | |
| NZ202697A (en) | Floating cathode element for electrolytic production of aluminium | |
| WO2006007863A1 (en) | Electrolysis apparatus with solid electrolyte electrodes | |
| CN105441987A (en) | Rare earth fused-salt electrolysis cell for producing rare earth metals and alloys by using liquid cathode | |
| RU2727384C1 (en) | Thermochemically stable anode for aluminum electrolysis | |
| CN205241811U (en) | Tombarthite fused salt electrolysis groove of liquid negative pole production rare earth metal and alloy | |
| CN103540958A (en) | Aluminum cell provided with suspending partition wall | |
| CS229640B2 (en) | Electrolyzer for the electrolytic aluminium winning | |
| US3202600A (en) | Current conducting element for aluminum reduction cells | |
| RU2679224C9 (en) | Thermochemical resistant anode for electrolysis of aluminum | |
| US4617100A (en) | Non-conductive plugger foot | |
| RU2734512C1 (en) | Thermochemically stable anode for aluminum electrolysis | |
| CN216274410U (en) | Metal electrolysis equipment and anode structure | |
| US3140991A (en) | Mercury cathode electrolytic cells | |
| CN103993332A (en) | Energy-saving aluminium electrolysis tank and auxiliary pole thereof |