RU2734512C1 - Thermochemically stable anode for aluminum electrolysis - Google Patents
Thermochemically stable anode for aluminum electrolysis Download PDFInfo
- Publication number
- RU2734512C1 RU2734512C1 RU2020119087A RU2020119087A RU2734512C1 RU 2734512 C1 RU2734512 C1 RU 2734512C1 RU 2020119087 A RU2020119087 A RU 2020119087A RU 2020119087 A RU2020119087 A RU 2020119087A RU 2734512 C1 RU2734512 C1 RU 2734512C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum
- cap
- contact plates
- anode
- conductor
- Prior art date
Links
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 60
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 60
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 43
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000010431 corundum Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 19
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 3
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 abstract 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N B#[Ti]#B Chemical compound B#[Ti]#B QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910033181 TiB2 Inorganic materials 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical group [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003251 chemically resistant material Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 229910001610 cryolite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 125000001153 fluoro group Chemical class F* 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000009856 non-ferrous metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
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
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 metal-ceramic 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 через держатель 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 примкнутую через токопровод к металлической штанге.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; publ. 02/06/2019). This anode includes a heat and electrical insulating cap attached through a holder 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 adjoined through a conductor to a metal rod.
Данное техническое решение принято за прототип.This technical solution was taken as a prototype.
Недостатком прототипа при использовании расплавленного алюминия в качестве основы электропроводника является повышенный расход технологической электроэнергии, сопряжённый с несовершенством конструкции электропроводника, с ненадежным соединением расплавленного алюминия с токопроводом, и обусловленный нестабильным повышенным электрическим сопротивлением в аноде.The disadvantage of the prototype when using molten aluminum as the basis of the electrical conductor is the increased consumption of technological electricity, coupled with the imperfection of the design of the electrical conductor, with an unreliable connection of molten aluminum with the conductor, and due to an unstable increased electrical resistance in the anode.
Техническая проблема заключается в создании термохимически стойкого анода с низким расходом технологической электроэнергии, повышенным сроком службы анода.The technical problem is to create a thermochemically resistant anode with a low consumption of technological electricity, and an increased service life of the anode.
Технический результат заключается в обеспечении надёжной электрической связи, помещенного внутрь колпака расплавленного алюминия с токопроводом, уменьшении электрического сопротивления в аноде.The technical result consists in providing a reliable electrical connection, placed inside the cap of molten aluminum with a conductor, reducing the electrical resistance in the anode.
Технический результат достигается тем, что в термохимически стойком аноде для электролиза алюминия, включающем тепло- и электроизоляционный колпак с манжетом проёма в его стенке, прикрепленный через держатель к металлической штанге, и размещенный внутри колпака монометаллический, покрытый оксиодным слоем электропроводник с контактной колодкой, размещенный в манжете проёма и соединенной через токопровод с металлической штангой, согласно изобретению электропроводник состоит из расплавленного алюминия с защитным корундовым слоем на его нижней горизонтальной или выпуклой поверхности, удерживаемого внутри колпака посредством разрежения воздуха в находящейся над ним герметичной полости, и выполненных из твердого электропроводного материала, вертикально размещенных продольных и/или поперечных контактных пластин, заглубленных их нижней частью в расплавленный алюминий электропроводника и присоединенных всей верхней кромкой и/или её частью к колпаку и токопроводу, которые прикреплены к штанге, при этом к низу пластин с отверстиями в их нижней и верхней частях приделаны термохимическистойки стойкие электроизоляционные наконечники, соприкасающиеся с алюминием электропроводника, с корундовым слоем и криолито-глинозёмным расплавом, а концы контактных пластин прилегают к стенкам колпака и/или отстоят от них на некотором расстоянии.The technical result is achieved by the fact that in a thermochemically resistant anode for electrolysis of aluminum, including a heat and electrical insulating cap with a cuff of an opening in its wall, attached through a holder to a metal rod, and located inside the cap, a monometallic conductor covered with an oxide layer with a terminal block, placed in cuff of the opening and connected through a conductor with a metal rod, according to the invention, the electrical conductor consists of molten aluminum with a protective corundum layer on its lower horizontal or convex surface, held inside the hood by vacuuming air in the airtight cavity above it, and made of solid electrically conductive material, vertically placed longitudinal and / or transverse contact plates, buried by their lower part in the molten aluminum of the electrical conductor and connected by the entire upper edge and / or part of it to the cap and the conductor, which are attached to the rod, p At the same time, thermochemical-resistant electrical insulating tips are attached to the bottom of the plates with holes in their lower and upper parts, which are in contact with the aluminum of the electrical conductor, with a corundum layer and cryolite-alumina melt, and the ends of the contact plates adjoin the bell walls and / or are spaced from them at some distance ...
Тепло- и электроизоляционный жаропрочный химически стойкий колпак, прикрепленный через держатель к металлической штанге, предохраняет расположенный внутри его расплавленный алюминий от механических воздействий при обслуживании электролизёра и обуславливает сокращение потерь тепла анодом.Heat and electrical insulating heat-resistant chemically resistant cap, attached through the holder to a metal rod, protects the molten aluminum inside it from mechanical influences during maintenance of the electrolyzer and causes a reduction in heat loss by the anode.
Выполнение герметичной полости между стенками колпака в его верхней части и расплавленной основой электропроводникома позволяет поддерживать анодный алюминий внутри колпака в висячем положении посредством разряжания воздуха в замкнутом пространстве анода.Making a sealed cavity between the walls of the cap in its upper part and the molten base of the electrical conductor allows maintaining the anode aluminum inside the cap in a hanging position by discharging air in the closed space of the anode.
Использование расплавленного алюминия в качестве основы электропроводника, нижняя поверхность которого защищена от окисления корундовым (α-Al2O3) слоем, соприкасающимся с криолито-глинозёмным расплавом, позволяет сократить потери технологической электроэнергии и улучшить качество металла, получаемого в процессе электролиза.The use of molten aluminum as the base of an electrical conductor, the lower surface of which is protected from oxidation by a corundum (α-Al 2 O 3 ) layer in contact with the cryolite-alumina melt, reduces the loss of technological electricity and improves the quality of the metal obtained during the electrolysis process.
Обладающий электронной проводимостью, прочно сцепленный с поверхностью жидкого алюминия корундовый слой не растворяется в прианодной электролито-пузырьковой смеси при содержании в ней глинозёма более 2 мас % и обуславливает увеличении продолжительности эксплуатации заявляемого анода.Possessing electronic conductivity, firmly adhered to the surface of liquid aluminum, the corundum layer does not dissolve in the anode electrolyte-bubble mixture with an alumina content of more than 2 wt% and causes an increase in the duration of operation of the inventive anode.
Посредством размещенных внутри колпака электропроводных контактных пластин, заглубленных нижней частью в расплавленный алюминий, достигается надежное электрическое соединение токопроводов с алюминием электропроводника и уменьшение расхода технологической электроэнергии.By means of electrically conductive contact plates placed inside the cap, buried in the lower part in molten aluminum, a reliable electrical connection of the conductors with the aluminum of the electrical conductor is achieved and the consumption of technological electricity is reduced.
Отдельные и/или соединенные между собой контактные пластины предопределяют правильное распределение электрического тока в аноде и снижение падения наряжения в нём.Separate and / or interconnected contact plates determine the correct distribution of the electric current in the anode and a decrease in the voltage drop in it.
Контактные пластины защищены от окисления и воздействия криотлито-глинозёмного расплава термохимически стойкими электроизоляционными наконечниками.Contact plates are protected from oxidation and exposure to cryotlite-alumina melt by thermochemically resistant electrical insulating tips.
Контактные пластины с наконечниками укрепляют висячее положение расплавленного алюминия, что обуславливает сокращение его расхода при изготавлении заявляемого анода.Contact plates with tips strengthen the hanging position of the molten aluminum, which leads to a reduction in its consumption in the manufacture of the inventive anode.
Для устранения перепада разряжения воздуха в отдельных зонах герметичной полости колпака и соответственно перепада уровней анодного алюминия в его отдельных частях контактные пластины изготавливают с отверстиями.To eliminate the drop in air vacuum in individual zones of the hermetically sealed cavity of the bell and, accordingly, the drop in the levels of anode aluminum in its individual parts, the contact plates are made with holes.
На нижней, заглубленной в алюминий, части контактных пластин расположено защитное покрытие, способное проводить электричество и стойкое к воздействию жидкого алюминия, что значительно увеличивает срок службы анода.On the bottom, recessed into aluminum, part of the contact plates is a protective coating capable of conducting electricity and resistant to liquid aluminum, which significantly increases the life of the anode.
Контактные пластины и/или приделанные к их низу наконечники, переменная высота которых постепенно уменьшается от середины к краям анода, предопределяют увеличение скорости перемещения образующихся в процессе электролиза пузырьков кислорода под наконечниками и уменьшение расхода технологической электроэнергии.Contact plates and / or tips attached to their bottom, the variable height of which gradually decreases from the middle to the edges of the anode, predetermine an increase in the speed of movement of oxygen bubbles formed during electrolysis under the tips and a decrease in the consumption of technological electricity.
Пузырьки кислорода перемещаются с покатой поверхности корундового слоя под наконечниками, устремляются к периферии анода и после отрыва от краёв колпака всплывают на поверхность электролита.Oxygen bubbles move from the sloping surface of the corundum layer under the tips, rush to the periphery of the anode and, after being detached from the edges of the cap, float to the electrolyte surface.
При увеличении объёма высоты отдельных выпуклостей на алюминии электропроводника, которые расположены ниже горизонтальной плоскости, проведенной через нижние краевые точки колпака и наконечников, увеличивается покатость поверхности корундового слоя и сокращается расход технологической электроэнергии.With an increase in the volume of the height of individual bulges on the aluminum of the electrical conductor, which are located below the horizontal plane drawn through the lower edge points of the cap and tips, the slope of the surface of the corundum layer increases and the consumption of technological electricity decreases.
Если максимальная высота отдельных выпуклостей превышает ½ расстояния от нижних краевых точек колпака и наконечников до катодного металла, то происходит уменьшение выхода по току, увеличение себестоимости выпускаемой продукции.If the maximum height of individual protuberances exceeds ½ the distance from the lower edge points of the cap and lugs to the cathode metal, then there is a decrease in the current efficiency, an increase in the cost of production.
Заявляемое изобретение поясняется чертежом, где на фиг. представлены: расплавленный алюминий 1, корундовый слой 2, колпак 3, закрытая полость 4, контактные пластины 5, отверстия 6, токопровод 7, штанга 8, держатель 9, защитное покрытие 10 и наконечники 11.The claimed invention is illustrated by a drawing, where FIG. presented:
Верхние части колпака 3 могут быть выполнены из жаропрочной стали и покрыты теплоизоляционной футеровкой, а его нижние стенки и наконечники 11 для контактных пластин, соприкасающиеся с электролитом, с корундовым слоем и с алюминием электропроводника, могут быть выполнены из карбидов или иных прочных, электроизоляционных материалов, не разрушающихся от воздействий расплава.The upper parts of the
Контактные пластины 5 могут быть выполнены из углеродного или иного термостойкого электропроводного материала, не разрушающегося от воздействий расплавленного алюминия.Contact plates 5 can be made of carbon or other heat-resistant electrically conductive material that is not destroyed by the effects of molten aluminum.
Защитное покрытие 10 нижних заглубленных в расплавленный алюминий частей металлических пластин 5 может быть выполнено из углеродного и иного материала. The
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 thermally 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 through 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.
Во время сборки колпака 3 или после её завершения устанавливают контактные пластины 5 с отверстиями 6, с защитным покрытием 10 и наконечниками 11.During the assembly of the
Верхние края контактных пластин 5 полностью или частями прикрепляют к верхней стенке колпака 3, токопроводу 7, соединенному со штангой 8.The upper edges of the contact plates 5 are fully or partially attached to the upper wall of the
Колпак 3 прикрепляют через держатель 9 к штанге 8.The
Смонтированную анодную конструкцию устанавливают на подину подготавливаемого к пуску электролизёра или на термостойкую подставку (на чертеже не показано), которая обеспечивает целостность жидкого алюминия 1, залитого через люк (на чертеже не показано) в стенке колпака 3.The assembled anode structure is installed on the bottom of the electrolyzer being prepared for start-up or on a heat-resistant support (not shown in the drawing), which ensures the integrity of
С помощью вакуумной установки или эжектора откачивают воздух из герметично закрытой полости 4 через отверстие (на чертеже не показано) в стенке колпака 3 для того, чтобы расплавленный алюминий 1 надежно удерживался внутри колпака 3 при перемещении анода.Using a vacuum unit or an ejector, air is evacuated from the hermetically sealed
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 корундовый слой 2, покрывающий расплавленный алюминий 1, наружные поверхности нижних частей боковых стенок колпака 3 и наконечники 11.Liquid aluminum is poured into the mine of the electrolyzer 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
На подключённом к источнику тока электролизёре от анодных шин ток поступает к штанге 8, соединённой с токоппроводом 7. По контактной пластине 5, прикреплённой к токопроводу 7, защитному покрытию 10 и расплавленному алюминию 1 ток подходит к корундовому слою 2, соприкасающемуся с прианодной электролито-пузырьковой смесью. Периодически загружаемый порошкообразный глинозём растворяется в криолито-глинозёмном 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 и отдают избыточные электроны, выделяя кислород в виде газовых пузырьков.On the electrolyzer connected to the current source from the anode buses, the current flows to the
В процессе электролиза на соприкасающейся с криолито-глинозёмным расплавом поверхности анодного алюминия 1 с низким содержанием примесей выделяются атомарный и молекулярный кислород, который взаимодействует с металлом 1 по следующей реакции:In the process of electrolysis, atomic and molecular oxygen is released on the surface of
4Al+3O2(+20) =2A2O3 (кристаллы α-Al2O3)4Al + 3O 2 (+20) = 2A 2 O 3 (crystals of α-Al 2 O 3 )
Покатность поверхности прочного, электрохимически активного корундового слоя 2 (объем и высоту отдельных выпуклостей расплавленного алюминия 1) устанавливают посредством подбора величины разряжения воздуха в полости 4, при которой достигается минимальное падение напряжения в межэлектродном пространстве электролизёра и постоянство выхода по току.The slope of the surface of a strong, electrochemically active corundum layer 2 (the volume and height of individual bulges of molten aluminum 1) is set by selecting the amount of air discharge in
Выше приведен частный вариант реализации изобретения, что не исключает иных вариантов реализации в рамках заявляемого изобретения (например, внутрь колпака вначале помещают часть алюминия в твёрдом виде, а затем заливают его остальную часть).The above is a particular embodiment of the invention, which does not exclude other options for implementation within the framework of the claimed invention (for example, a part of solid aluminum is first placed inside the cap, and then the rest of it is poured).
Изобретение поясняется примером.The invention is illustrated by 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 in 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 и наконечники пластин изготовлены из диборида титана, а электропроводник изготовлен из расплавленного алюминия с низким содержанием примесей, нижняя поверхность которого покрыта корундовым слоем, и медных пластин, имеющих графитовое покрытие и отверстия. The cap of this sample and the tips of the plates are 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, and copper plates with a graphite coating and holes.
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, покрывающего расплавленную часть 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 covering the molten part of the electrical conductor can reach 0.01 cm or more.
В процессе электролиза однородный имеющий исключительно большое сцепление с поверхностью расплавленного 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 an exceptionally high adhesion to the surface of molten aluminum, is not consumed due to the fact that when the content of alumina in the melt is 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 aluminum production 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 of 920-970 ° C gives the following advantages in comparison with the prototype: the electrical resistance of the electrical conductor is significantly reduced and the life of the anode increases.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020119087A RU2734512C1 (en) | 2020-06-09 | 2020-06-09 | Thermochemically stable anode for aluminum electrolysis |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020119087A RU2734512C1 (en) | 2020-06-09 | 2020-06-09 | Thermochemically stable anode for aluminum electrolysis |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2734512C1 true RU2734512C1 (en) | 2020-10-19 |
Family
ID=72940405
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020119087A RU2734512C1 (en) | 2020-06-09 | 2020-06-09 | Thermochemically stable anode for aluminum electrolysis |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2734512C1 (en) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4468296A (en) * | 1982-12-10 | 1984-08-28 | At&T Bell Laboratories | Process for electroplating palladium |
| 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 |
-
2020
- 2020-06-09 RU RU2020119087A patent/RU2734512C1/en active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4468296A (en) * | 1982-12-10 | 1984-08-28 | At&T Bell Laboratories | Process for electroplating palladium |
| 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 |
|---|---|---|
| US3578580A (en) | Electrolytic cell apparatus | |
| US3028324A (en) | Producing or refining aluminum | |
| AU2017203090B2 (en) | Systems and methods of protecting electrolysis cells | |
| GB814031A (en) | Improvements in or relating to the electrolytic production of aluminium | |
| US4532017A (en) | Floating cathode elements based on electrically conductive refractory material, for the production of aluminum by electrolysis | |
| US4247381A (en) | Facility for conducting electrical power to electrodes | |
| US4098651A (en) | Continuous measurement of electrolyte parameters in a cell for the electrolysis of a molten charge | |
| CN105256337A (en) | Novel rare-earth electrolytic bath | |
| US1535458A (en) | Method of and apparatus for electrolytic refining | |
| RU2679224C9 (en) | Thermochemical resistant anode for electrolysis of aluminum | |
| RU2734512C1 (en) | Thermochemically stable anode for aluminum electrolysis | |
| US3202600A (en) | Current conducting element for aluminum reduction cells | |
| GB1046705A (en) | Improvements in or relating to the operation of electrolytic reduction cells for theproduction of aluminium | |
| RU2499085C1 (en) | Electrolysis unit for aluminium manufacture | |
| CN115354364B (en) | Covering type upper-inserted cathode rare earth electrolytic tank | |
| US2428584A (en) | Liquid electrode electrolytic cell | |
| RU2727384C1 (en) | Thermochemically stable anode for aluminum electrolysis | |
| US3140991A (en) | Mercury cathode electrolytic cells | |
| RU2696124C1 (en) | Electrolytic cell for aluminum production | |
| RU2722605C1 (en) | Electrolysis unit for aluminum production | |
| CA1232867A (en) | Cell for electrolytic purification of aluminum | |
| CN85100748B (en) | Tank structure for continuous electrolytic production of neodymium and neodymium-iron alloy | |
| RU2010112494A (en) | REGULATION OF THE SHUNTING CURRENT IN A MULTIPOLAR REDUCING CELL FOR PRODUCING LIGHT METALS | |
| NO801022L (en) | ANODE COMPOSITION. | |
| CN113737225A (en) | Lining structure and rare earth metal fused salt electrolytic cell adopting same |