RU2840274C1 - Method of electrolytic refining of aluminium or alloys thereof from metal impurities (embodiments) - Google Patents
Method of electrolytic refining of aluminium or alloys thereof from metal impurities (embodiments) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2840274C1 RU2840274C1 RU2024116808A RU2024116808A RU2840274C1 RU 2840274 C1 RU2840274 C1 RU 2840274C1 RU 2024116808 A RU2024116808 A RU 2024116808A RU 2024116808 A RU2024116808 A RU 2024116808A RU 2840274 C1 RU2840274 C1 RU 2840274C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum
- cathode
- molten
- electrolyte
- aluminum alloy
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Область техникиField of technology
Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для рафинирования расплава алюминия или его сплавов от металлических примесей.The invention relates to non-ferrous metallurgy and can be used for refining molten aluminum or its alloys from metallic impurities.
Уровень техникиState of the art
Очистка алюминия от нежелательных примесей является важной технологией, позволяющей получать алюминий высокой чистоты. В последнее время наметилась важная тенденция к необходимости создания технологии, позволяющей работать с различными типами исходного сырья, в том числе различного алюминиевого скрапа. Одним из важнейших направлений этих работ является создание и совершенствование электрохимических технологий очистки. Впервые технология очистки была предложена в патенте US 673364 и представляла собой трёхслойный электролизер, в котором роль анодного металла выполнял загрязненный алюминиевый сплав. Существенным недостатком данного способа являются высокие энергетические затраты на процесс очистки, что приводит к высокой себестоимости очищенного алюминия. Cleaning aluminum from unwanted impurities is an important technology that allows obtaining high-purity aluminum. Recently, an important trend has emerged towards the need to create a technology that allows working with various types of raw materials, including various aluminum scrap. One of the most important areas of this work is the creation and improvement of electrochemical cleaning technologies. The cleaning technology was first proposed in patent US 673364 and was a three-layer electrolyzer in which the role of the anode metal was performed by a contaminated aluminum alloy. A significant disadvantage of this method is the high energy costs of the cleaning process, which leads to a high cost price of purified aluminum.
С учетом постоянно ужесточающихся экологических инициатив и международных законодательств создание энергоэффективных технологий очистки алюминия является важной и актуальной задачей.Taking into account the ever-stricter environmental initiatives and international legislation, the creation of energy-efficient technologies for aluminum purification is an important and urgent task.
Известен способ (Х. Чанг, В. де Нора и Дж.А. Секхар. «Материалы, используемые в производстве алюминия методом Эру-Холла». - Изд. Красноярск. гос. ун-т, Красноярск, 1998.) трехслойного электрохимического рафинирования металлов, согласно которому алюминий, подлежащий рафинированию от нежелательных металлических примесей, таких как железо, кремний, медь, никель и другие, специально утяжеляется добавлением меди (около 30%) и такой сплав при электролизе поляризуется анодно. Электролитом служит хлоридно-фторидный расплав. Температура рафинирования составляет 800°C. В этом случае чистый алюминий оказывается легче электролита и, являясь катодом, всплывает на поверхность электролита. Схема такого электролизера представлена на фиг.1, где: A method is known (H. Chang, V. de Nora and J.A. Sekhar. "Materials Used in the Production of Aluminum by the Eroult-Hall Method." - Publ. Krasnoyarsk. state University, Krasnoyarsk, 1998) of three-layer electrochemical refining of metals, according to which aluminum, subject to refining from undesirable metallic impurities, such as iron, silicon, copper, nickel and others, is specially weighted by adding copper (about 30%) and such an alloy is polarized anodically during electrolysis. The electrolyte is a chloride-fluoride melt. The refining temperature is 800 °C. In this case, pure aluminum is lighter than the electrolyte and, being a cathode, floats to the surface of the electrolyte. The diagram of such an electrolyzer is shown in Fig. 1, where:
1. Бортовые блоки 1. On-board units
2. Угольный блок подовый 2. Coal block hearth
3. Теплоизоляция 3. Thermal insulation
4. Анодный токоподвод 4. Anode current lead
5. Алюминиево-медный анодный сплав 5. Aluminum-copper anode alloy
6. Хлоридно-фторидный электролит 6. Chloride-fluoride electrolyte
7. Рафинированный алюминий 7. Refined aluminum
8. Катодный токоподвод 8. Cathode current lead
9. Крышка 9. Lid
10. Летка для заливки алюминия. 10. Taphole for pouring aluminum.
При пропускании постоянного тока на аноде создаются условия для преимущественного растворения алюминия и более электроотрицательных металлов, а менее электроотрицательные накапливаются в анодном сплаве, который периодически очищается от кристаллизующихся при накоплении примесей интерметаллидов железа, кремния, меди и др. В катодном процессе не достигаются условия для электрохимического выделения более электроотрицательных металлов, таким образом происходит выделение только алюминия. Недостатком известного электролизера является то, что, чтобы исключить случайное загрязнение катодного металла частичками анодного сплава, поддерживается большое межэлектродное расстояние на уровне 15 см, следствием чего является большое напряжение на электролизере (около 5,5 В) и, как результат, высокий удельный расход энергии, даже при выходе по току η=0,98 составляющий более 18 кВт*ч/кг Al. Недостатком способа также является необходимость использования меди для утяжеления анодного сплава.When direct current is passed through the anode, conditions are created for the preferential dissolution of aluminum and more electronegative metals, while less electronegative metals accumulate in the anode alloy, which is periodically cleaned from intermetallic impurities of iron, silicon, copper, etc. that crystallize during the accumulation. In the cathode process, conditions for the electrochemical extraction of more electronegative metals are not achieved, thus, only aluminum is extracted. The disadvantage of the known electrolyzer is that, in order to exclude accidental contamination of the cathode metal with particles of the anode alloy, a large interelectrode distance of 15 cm is maintained, which results in a high voltage on the electrolyzer (about 5.5 V) and, as a result, a high specific energy consumption, even with a current output of η = 0.98, amounting to more than 18 kW h / kg Al. Another disadvantage of the method is the need to use copper to make the anode alloy heavier.
Также известен способ и устройство электрохимического рафинирования (патент RU 2558316, опубл. 27.07.2015), в котором технический результат достигается применением виброакустического, и/или ультразвукового, и/или электромагнитного, и/или МГД воздействия на следующие компоненты электролизера: мембрану (с одной стороны и/или с обеих сторон), электролит, первичный неочищенный металл, рафинированный металл, поверхности раздела сред между неочищенным металлом, мембраной и рафинированным металлом. Недостатком данного способа является невозможность пополнения и контроля состава электролита за счет чего электролизер имеет малый ресурс эксплуатации, ограниченный буферной емкостью электролита по более электроотрицательным металлам, находящегося только в порах диафрагмы. Also known is a method and device for electrochemical refining (patent RU 2558316, published 27.07.2015), in which the technical result is achieved by using vibroacoustic, and/or ultrasonic, and/or electromagnetic, and/or MHD effects on the following components of the electrolyzer: membrane (on one side and/or on both sides), electrolyte, primary unrefined metal, refined metal, interfaces between the unrefined metal, membrane and refined metal. The disadvantage of this method is the impossibility of replenishing and monitoring the composition of the electrolyte, due to which the electrolyzer has a short service life, limited by the buffer capacity of the electrolyte for more electronegative metals, located only in the pores of the diaphragm.
Наиболее близким к заявляемому устройству и способу для рафинирования алюминия является прототип, где техническое решение основано на том, что первичный, подлежащий очистке металл, погружается в емкость из проницаемого для электролита, но не проницаемого для металла материала, размещенную в электролите, а очищенный металл образуется на подине электролизера или на поверхности отдельного катода (патент US 4115215, опубл. 19.09.1978). Недостатком данного способа является преобладание площади поверхности катода над площадью поверхности анода, таким образом общая производительность устройства ограничивается анодной плотностью тока, определяющей качество получаемого металла.The closest to the claimed device and method for refining aluminum is a prototype, where the technical solution is based on the fact that the primary metal to be purified is immersed in a container made of a material permeable to the electrolyte, but not permeable to the metal, placed in the electrolyte, and the purified metal is formed on the bottom of the electrolyzer or on the surface of a separate cathode (patent US 4115215, published 19.09.1978). The disadvantage of this method is the predominance of the cathode surface area over the anode surface area, thus the overall productivity of the device is limited by the anode current density, which determines the quality of the resulting metal.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Технической задачей изобретения является создание способа, предназначенного для электролитического рафинирования алюминия с повышенной производительностью рабочего объема, пониженными энергозатратами на единицу продукции и возможностью проведения долговременного электролиза путем дополнения и корректировки состава электролита, а также возможностью смены диафрагмы при необходимости.The technical problem of the invention is creation of a method intended for electrolytic refining of aluminum with increased productivity of the working volume, reduced energy consumption per unit of production and the possibility of carrying out long-term electrolysis by adding and adjusting the composition of the electrolyte, as well as the possibility of changing the diaphragm if necessary.
Техническая задача решается тем, что по одному из вариантов в способе электролитического рафинирования алюминия и/или его сплавов от примесей, включающем размещение расплава загрязненного алюминия и электролита, содержащего расплав смеси солей щелочных или щелочноземельных металлов и соли алюминия в устройство для электролитического рафинирования, подведение постоянного тока и проведение электролитического рафинирования, согласно заявляемому изобретению, процесс рафинирования ведут с катодной плотностью тока в диапазоне от 0,5 до 21 А/см2, в диапазоне температур от 780 до 920°С, а электролит в расплавленном состоянии имеет плотность меньшую, чем плотность катодного алюминия (5).The technical problem is solved in that, according to one of the variants in the method of electrolytic refining of aluminum and/or its alloys from impurities, including placing a melt of contaminated aluminum and an electrolyte containing a melt of a mixture of alkali or alkaline earth metal salts and an aluminum salt in a device for electrolytic refining, supplying direct current and carrying out electrolytic refining, according to the claimed invention, the refining process is carried out with a cathode current density in the range from 0.5 to 21 A/ cm2, in the temperature range from 780 to 920°C, and the electrolyte in the molten state has a density lower than the density of cathode aluminum (5).
В частном случае, способ, в котором используется устройство для электролитического рафинирования алюминия и/или его сплавов от металлических примесей, содержащее емкость с крышкой (12), футерованную огнеупорными материалами, для размещения в нем расплавленного анодного алюминия (8) с анодным токоподводом (9), электролита (7) и расплавленного катодного алюминия (5), катода с токоподводом (4) и сборного резервуара (11) для катодного алюминия (5), по меньшей мере одну пористую диафрагму (6), которая выполнена в виде замкнутой съемной емкости, установленной посредством крепления (10) на крышке (12) и заполненной электролитом (7), проницаемой для электролита и непроницаемой для расплавленного алюминия или алюминиевого сплава с примесями и расплавленного катодного алюминия (5), в которую загружен катод с токоподводом (4) и которая погружена в расплавленный анодный алюминий (9), при этом катод c токоподводом (4) закреплен внутри емкости пористой диафрагмы (6) в вертикальном положении, а в донной части катода выполнены дренажные каналы (13), расположенные на уровне зеркала расплава электролита для возможности удаления катодного алюминия (5) из емкости пористой диафрагмы (6) в сборный резервуар (11).In a particular case, a method in which a device is used for electrolytic refining of aluminum and/or its alloys from metallic impurities, comprising a container with a lid (12) lined with refractory materials, for placing therein molten anodic aluminum (8) with an anodic current lead (9), an electrolyte (7) and molten cathodic aluminum (5), a cathode with a current lead (4) and a collection tank (11) for cathodic aluminum (5), at least one porous diaphragm (6), which is made in the form of a closed removable container installed by means of a fastener (10) on the lid (12) and filled with an electrolyte (7), permeable to the electrolyte and impermeable to molten aluminum or aluminum alloy with impurities and molten cathodic aluminum (5), into which a cathode with a current lead (4) is loaded and which is immersed in molten anodic aluminum (9), wherein the cathode c the current lead (4) is secured inside the container of the porous diaphragm (6) in a vertical position, and drainage channels (13) are made in the bottom part of the cathode, located at the level of the electrolyte melt mirror to enable the removal of cathode aluminum (5) from the container of the porous diaphragm (6) into the collection tank (11).
По второму варианту в способе электролитического рафинирования алюминия и/или его сплавов от примесей, включающем размещение расплава загрязненного алюминия и электролита, содержащего расплав смеси солей щелочных или щелочноземельных металлов и соли алюминия в устройство для электролитического рафинирования, подведение постоянного тока и проведение электролитического рафинирования, согласно заявляемому изобретению, процесс рафинирования ведут с катодной плотностью тока в диапазоне от 0,5 до 21 А/см2, в диапазоне температур от 780 до 920°С, а электролит в расплавленном состоянии имеет плотность большую, чем плотность катодного алюминия (5).According to the second variant, in the method of electrolytic refining of aluminum and/or its alloys from impurities, including placing a melt of contaminated aluminum and an electrolyte containing a melt of a mixture of alkali or alkaline earth metal salts and an aluminum salt in a device for electrolytic refining, supplying direct current and carrying out electrolytic refining, according to the claimed invention, the refining process is carried out with a cathode current density in the range from 0.5 to 21 A/ cm2, in the temperature range from 780 to 920°C, and the electrolyte in the molten state has a density greater than the density of cathode aluminum (5).
В частном случае, способ, в котором используется устройство для электролитического рафинирования алюминия и/или его сплавов от металлических примесей, содержащее емкость с крышкой (12), футерованную огнеупорными материалами, для размещения в нем расплавленного анодного алюминия (8) с анодным токоподводом (9), электролита (7) и расплавленного катодного алюминия (5), катода с токоподводом (4) и сборного резервуара (11) для катодного алюминия (5), по меньшей мере одну пористую диафрагму (6), которая выполнена в виде замкнутой съемной емкости, установленной посредством крепления (10) на крышке (12) и заполненной электролитом (7), проницаемой для электролита и непроницаемой для расплавленного алюминия или алюминиевого сплава с примесями и расплавленного катодного алюминия (5), в которую загружен катод с токоподводом (4) и которая погружена в расплавленный анодный алюминий (9), при этом катод c токоподводом (4) закреплен внутри емкости пористой диафрагмы (6) в вертикальном положении, а в стенках катода (4) или в креплении (10) и крышке (12) выполнены дренажные каналы (13), расположенные на уровне зеркала расплава электролита для возможности удаления катодного алюминия (5) из емкости пористой диафрагмы (6) в сборный резервуар (11).In a particular case, a method in which a device is used for electrolytic refining of aluminum and/or its alloys from metallic impurities, comprising a container with a lid (12) lined with refractory materials, for placing therein molten anodic aluminum (8) with an anodic current lead (9), an electrolyte (7) and molten cathodic aluminum (5), a cathode with a current lead (4) and a collection tank (11) for cathodic aluminum (5), at least one porous diaphragm (6), which is made in the form of a closed removable container installed by means of a fastener (10) on the lid (12) and filled with an electrolyte (7), permeable to the electrolyte and impermeable to molten aluminum or aluminum alloy with impurities and molten cathodic aluminum (5), into which a cathode with a current lead (4) is loaded and which is immersed in molten anodic aluminum (9), wherein the cathode c the current lead (4) is secured inside the container of the porous diaphragm (6) in a vertical position, and in the walls of the cathode (4) or in the fastening (10) and cover (12) drainage channels (13) are made, located at the level of the electrolyte melt mirror to enable the removal of cathode aluminum (5) from the container of the porous diaphragm (6) into the collection tank (11).
Вертикальный катод (4) может быть выполнен из смачиваемой алюминием керамики, например, из TiB2 или ZrB2. The vertical cathode (4) can be made of aluminum-wettable ceramics, such as TiB 2 or ZrB 2 .
Пористая диафрагма (6) может быть выполнена из углеродных материалов или неорганических волокнистых материалов или из оксидной керамики, например, из Al2O3 или MgO.The porous diaphragm (6) can be made of carbon materials or inorganic fibrous materials or of oxide ceramics, for example, of Al 2 O 3 or MgO.
Дренажные каналы (13) в стенках катода (4) или в донной части катода (4) могут быть выполнены под углом от 45 до 90 градусов относительно вертикальной стенки катода.Drainage channels (13) in the walls of the cathode (4) or in the bottom part of the cathode (4) can be made at an angle of 45 to 90 degrees relative to the vertical wall of the cathode.
Дренажный канал (13), выполненный в креплении (10) диафрагмы (6) может быть соединен со сборным резервуаром (11) посредством направляющего канала, размещенного в крышке (12), который может быть выполнен из смачиваемым алюминием материалом или футерован смачиваемым алюминием материалом для возможности отвода катодного алюминия (5) самотеком.The drainage channel (13), made in the fastening (10) of the diaphragm (6) can be connected to the collection tank (11) by means of a guide channel placed in the cover (12), which can be made of an aluminum-wetted material or lined with an aluminum-wetted material to enable the cathode aluminum (5) to be drained by gravity.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Способ, в котором используется устройство представлено на фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4 и содержит: бортовые блоки 1, подовые блоки 2, теплоизоляцию 3, вертикальный катод с токоподводом 4, катодный алюминий 5, съемную пористую диафрагму 6, хлоридно-фторидный или фторидный электролит 7, анодный алюминий 8, анодный токоподвод 9, крепление 10 пористой диафрагмы 6, дренажные каналы 13, расположенные в стенках катода или креплении 10, устройство эвакуации алюминия со сборным резервуаром катодного алюминия 11, крышки устройства 12. Верхняя поверхность катодного и анодного алюминия может быть защищена от окисления на воздухе солями и/или аргоном, или вакуумом. Съемная пористая диафрагма 6 может быть выполнена из электропроводного или неэлектропроводного материала. The method in which the device is used is shown in Fig. 2, Fig. 3 and Fig. 4 and comprises: side blocks 1, bottom blocks 2, thermal insulation 3, vertical cathode with current lead 4, cathode aluminum 5, removable porous diaphragm 6, chloride-fluoride or fluoride electrolyte 7, anode aluminum 8, anode current lead 9, fastening 10 of porous diaphragm 6, drainage channels 13 located in the walls of the cathode or fastening 10, aluminum evacuation device with a collecting tank of cathode aluminum 11, device covers 12. The upper surface of the cathode and anodic aluminum can be protected from oxidation in air with salts and/or argon, or vacuum. Removable porous diaphragm 6 can be made of electrically conductive or non-conductive material.
На фиг. 2 представлен электролизер с одной диафрагмой, который предусматривает использование хлоридно-фторидного или фторидного электролита с плотностью большей, чем плотность катодного алюминия. За счет этого катодный алюминий 5 собирается на зеркале расплава в верхней части диафрагмы, откуда удаляется при помощи устройства аккумулирования и эвакуации алюминия 11. Fig. 2 shows an electrolyzer with one diaphragm, which provides for the use of a chloride-fluoride or fluoride electrolyte with a density greater than that of the cathode aluminum. Due to this, the cathode aluminum 5 is collected on the melt mirror in the upper part of the diaphragm, from where it is removed using the aluminum accumulation and evacuation device 11.
Электролизер с парными диафрагмами (фиг. 3) предусматривает использование хлоридно-фторидного или фторидного электролита с плотностью меньшей, чем плотность катодного алюминия. За счет этого катодный алюминий 5 собирается в приемнике в нижней части диафрагмы, откуда удаляется при помощи устройства аккумулирования и эвакуации алюминия 11. Верхняя поверхность электролита и анодного алюминия может быть защищена от окисления на воздухе солями и/или аргоном, или вакуумом. При этом используется аналогичный устройству (фиг. 2) принцип электрохимической очистки алюминия, за счет чего достигается тот же технический результат, что и при применении электролита с плотностью большей, чем плотность катодного алюминия.The electrolyzer with paired diaphragms (Fig. 3) provides for the use of a chloride-fluoride or fluoride electrolyte with a density lower than that of the cathode aluminum. Due to this, the cathode aluminum 5 is collected in a receiver in the lower part of the diaphragm, from where it is removed using an aluminum accumulation and evacuation device 11. The upper surface of the electrolyte and the anodic aluminum can be protected from oxidation in the air by salts and/or argon, or vacuum. In this case, a principle of electrochemical cleaning of aluminum similar to that of the device (Fig. 2) is used, due to which the same technical result is achieved as when using an electrolyte with a density greater than that of the cathode aluminum.
На фиг. 4 представлен электролизер с одной диафрагмой, который предусматривает использование хлоридно-фторидного или фторидного электролита с плотностью большей, чем плотность катодного алюминия. За счет этого катодный алюминий 5 собирается на зеркале расплава в верхней части диафрагмы, откуда удаляется через дренажный канал 13, размещенный в креплении диафрагмы 10 при помощи устройства аккумулирования и эвакуации катодного алюминия 11 в сборный резервуар.Fig. 4 shows an electrolyzer with one diaphragm, which provides for the use of a chloride-fluoride or fluoride electrolyte with a density greater than the density of the cathode aluminum. Due to this, the cathode aluminum 5 is collected on the melt mirror in the upper part of the diaphragm, from where it is removed through a drainage channel 13, located in the fastening of the diaphragm 10 with the help of a device for accumulating and evacuating cathode aluminum 11 into a collection tank.
Процесс заключается в электролитическом переносе ионов алюминия от анодной поверхности, ограниченной пористой диафрагмой через расплав электролита к поверхности катода. При этом поддерживаются такие условия анодного растворения и катодного осаждения (температура электролита в диапазоне 780 до 920°С, плотность тока в диапазоне 0,5 до 21 А/см2), при которых преимущественно не происходит растворения менее электроотрицательных металлов, чем алюминий, на аноде и не происходит осаждения более электроотрицательных, чем алюминий, металлов на катоде. В качестве материала диафрагмы применяется оксидная керамика, углеродные материалы, а также неорганические волокна. Материал диафрагмы выбран таким способом, что не позволяет очищаемому расплаву и катодному металлу проникнуть через нее за счет эффекта смачивания и капиллярных сил. Благодаря возможности формирования в жидком расплаве металла емкости с электролитом известной формы и отсутствии опасности возникновения короткого замыкания между слоями металла, удается осуществлять процесс в вертикальном расположении с точно регулируемым значением межполюсного расстояния, что позволяет точно управлять температурным режимом и обеспечивать сниженный расход электроэнергии при существенном повышении удельной производительности объема расплава. Также отсутствует необходимость утяжеления анодного расплава медью. Доступность зеркала расплава электролита позволяет при необходимости вести дополнение, контроль и корректировку его состава.The process involves electrolytic transfer of aluminum ions from the anode surface limited by a porous diaphragm through the electrolyte melt to the cathode surface. In this case, such conditions of anodic dissolution and cathodic deposition are maintained (electrolyte temperature in the range of 780 to 920°C, current density in the range of 0.5 to 21 A/ cm2 ), at which mainly less electronegative metals than aluminum do not dissolve on the anode and more electronegative metals than aluminum do not deposit on the cathode. Oxide ceramics, carbon materials, and inorganic fibers are used as the diaphragm material. The diaphragm material is selected in such a way that it does not allow the melt being purified and the cathode metal to penetrate through it due to the wetting effect and capillary forces. Due to the possibility of forming a container with electrolyte of a known shape in the liquid metal melt and the absence of the risk of short circuit between the metal layers, it is possible to carry out the process in a vertical arrangement with a precisely regulated value of the interpolar distance, which allows precise control of the temperature regime and ensures reduced power consumption with a significant increase in the specific productivity of the melt volume. There is also no need to weight the anode melt with copper. The availability of the electrolyte melt mirror allows, if necessary, to supplement, control and adjust its composition.
Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый способ отличается от известного назначением диафрагмы для создания емкости с электролитом в расплаве анодного металла, в то время как в прототипе диафрагма заполняется анодным металлом и загружается в электролит. Помимо этого, катод расположен вертикально, что позволяет увеличить удельную производительность при снижении тепловых потерь, осуществлять точную регулировку МПР, обеспечить легкий доступ к электролиту с целью его контроля, корректировки и пополнения, а также сделать катод легко заменяемым элементом при обслуживании установки. A comparative analysis with the prototype allows us to conclude that the claimed method differs from the known one by the purpose of the diaphragm to create a container with electrolyte in the melt of the anode metal, while in the prototype the diaphragm is filled with the anode metal and loaded into the electrolyte. In addition, the cathode is located vertically, which allows increasing the specific productivity while reducing heat loss, performing precise adjustment of the MPR, providing easy access to the electrolyte for the purpose of its control, adjustment and replenishment, and also making the cathode an easily replaceable element during maintenance of the installation.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Пример 1. В предварительно расплавленный анодный алюминий (8) погружается съемная пористая диафрагма (6), закрепленная посредством крепления (10) на устройстве для рафинирования и заполненная хлоридно-фторидным или фторидным сухим электролитом (7), с плотностью в расплавленном состоянии большей, чем плотность катодного алюминия (5), в диапазоне 3,3÷3,6 г/см3, за счет чего происходит подъем катодного алюминия (5) на поверхность расплава. После плавления электролита в съемную пористую диафрагму (6) помещается вертикальный катод с токоподводом (4) и дренажными каналами на уровне зеркала расплава электролита, а в анодный алюминий опускается анодный токоподвод (9) и включается постоянный ток. Процесс рафинирования ведут с катодной плотностью тока в диапазоне от 0,5 до 21 А/см2, обеспечивающей выделение катодного алюминия (5), и диапазоне температур от 780 до 920°С. Очищенный сплав при помощи устройства аккумулирования и эвакуации (11) со сборным резервуаром катодного алюминия удаляется из рабочей зоны диафрагмы по дренажному каналу (13), выполненному в вертикальном катоде (4) в периодическом режиме. Удаление интерметаллидов в очищаемом алюминии или его сплаве осуществляется периодически с использованием ручного инструмента, при помощи которого твердые соединения по мере их накопления механически отделяются и удаляются из емкости с анодным металлом. По мере расходования в емкость с анодным алюминием (9) через крышку доливается или загружается свежая порция анодного сплава. Example 1.A removable porous diaphragm (6), secured by means of a fastener (10) on the refining device and filled with a chloride-fluoride or fluoride dry electrolyte (7), with a density in the molten state greater than the density of the cathode aluminum (5), in the range of 3.3÷3.6 g/cm, is immersed in the pre-melted anodic aluminum (8).3, due to which the cathode aluminum (5) rises to the surface of the melt. After the electrolyte has melted, a vertical cathode with a current lead (4) and drainage channels at the level of the electrolyte melt mirror is placed in a removable porous diaphragm (6), and an anode current lead (9) is lowered into the anode aluminum and direct current is turned on. The refining process is carried out with a cathode current density in the range from 0.5 to 21 A/cm2, providing the release of cathode aluminum (5), and a temperature range from 780 to 920°C. The purified alloy is removed from the working area of the diaphragm by means of an accumulation and evacuation device (11) with a collecting tank of cathode aluminum through a drainage channel (13) made in the vertical cathode (4) in a periodic mode. The removal of intermetallics in the aluminum or its alloy being purified is carried out periodically using a hand tool, with the help of which solid compounds are mechanically separated and removed from the container with the anode metal as they accumulate. As it is consumed, a fresh portion of the anode alloy is added or loaded into the container with the anode aluminum (9) through the lid.
В качестве электролитов могут быть использованы следующие солевые системы:The following salt systems can be used as electrolytes:
- NaF-AlF3, К.О.=1,0÷1,8;- NaF-AlF 3 , K.O.=1.0÷1.8;
- 5÷50 % мас. NaCl-NaF-AlF3, К.О. =1,0÷2,8;- 5÷50% by weight NaCl-NaF-AlF 3, K.O. = 1.0÷2.8;
- 15÷45 % мас. BaF2-NaF-AlF3, К.О. =1,0÷2,8;- 15÷45% by weight BaF 2 -NaF-AlF3 , K.O. = 1.0÷2.8;
- 35÷60 % мас. BaCl2-NaF-AlF3, К.О. =1,0÷2,8.- 35÷60% by weight BaCl2 - NaF-AlF3 , K.O. =1.0÷2.8.
Уровень электролита поддерживается постоянным и при необходимости производится подливка или загрузка свежей порции солевой смеси. Из диафрагмы также может быть отобрана порция электролита для проведения физико-химических анализов его состава и определения необходимости корректировки по отдельным компонентам. Температура электролиза зависит от выбора конкретной солевой системы и лежит в диапазоне от 780 до 920°С. Катодная плотность тока также зависит от выбора электролита и лежит в диапазоне от 0,5 до 21 А/см2.The electrolyte level is maintained constant and, if necessary, a fresh portion of the salt mixture is added or loaded. A portion of the electrolyte can also be taken from the diaphragm to conduct physical and chemical analyses of its composition and determine the need for adjustments for individual components. The electrolysis temperature depends on the choice of a specific salt system and ranges from 780 to 920°C. The cathode current density also depends on the choice of electrolyte and ranges from 0.5 to 21 A/ cm2 .
В качестве материала диафрагмы могут выступать оксидная керамика, углеродные материалы, неорганические волокнистые материалы.The diaphragm material can be oxide ceramics, carbon materials, or inorganic fibrous materials.
Заявленное техническое решение можно реализовать в промышленном производстве и очистке алюминия или его сплавов. The claimed technical solution can be implemented in industrial production and purification of aluminum or its alloys.
Пример 2. В предварительно расплавленный анодный алюминий (8) погружается две съемные пористые диафрагмы (6), закрепленные посредством крепления (10) на устройстве для рафинирования и заполненные хлоридно-фторидным или фторидным сухим электролитом (7), с плотностью в расплавленном состоянии в диапазоне 1,6÷2,2 г/см3, за счет чего происходит опускание образующегося катодного алюминия (5) на дно диафрагмы. После плавления электролита в съемную пористую диафрагму (6) помещается вертикальный катод с токоподводом (4) и дренажными каналами в донной части катода, а в анодный алюминий опускается анодный токоподвод (9) и включается постоянный ток. Процесс рафинирования ведут с катодной плотностью тока в диапазоне от 0,5 до 21 А/см2 и диапазоне температур от 780 до 920°С. Очищенный сплав при помощи устройства эвакуации алюминия со сборным резервуаром катодного алюминия (11) удаляется из рабочей зоны диафрагмы по дренажному каналу (13) в периодическом режиме. Удаление интерметаллидов в очищаемом алюминии или его сплаве осуществляется периодически с использованием ручного инструмента, при помощи которого твердые соединения по мере их накопления механически отделяются и удаляются из емкости с анодным металлом. По мере расходования в емкость с анодным алюминием (9) через крышку доливается или загружается свежая порция анодного сплава. Example 2. Two removable porous diaphragms (6), secured by means of a fastener (10) on a refining device and filled with a chloride-fluoride or fluoride dry electrolyte (7) with a density in the molten state in the range of 1.6÷2.2 g/ cm3 , are immersed in pre-melted anodic aluminum (8), due to which the resulting cathode aluminum (5) is lowered to the bottom of the diaphragm. After melting the electrolyte, a vertical cathode with a current lead (4) and drainage channels in the bottom part of the cathode is placed in the removable porous diaphragm (6), and an anode current lead (9) is lowered into the anodic aluminum and direct current is turned on. The refining process is carried out with a cathode current density in the range of 0.5 to 21 A/ cm2 and a temperature range of 780 to 920°C. The purified alloy is removed from the working area of the diaphragm via a drainage channel (13) in a periodic mode using an aluminum evacuation device with a cathode aluminum collecting tank (11). Intermetallics in the aluminum or its alloy being purified are removed periodically using a hand tool, with the help of which solid compounds are mechanically separated and removed from the container with the anode metal as they accumulate. As the anode aluminum (9) is consumed, a fresh portion of the anode alloy is added or loaded through the lid.
Claims (10)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2840274C1 true RU2840274C1 (en) | 2025-05-20 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4115215A (en) * | 1976-09-22 | 1978-09-19 | Aluminum Company Of America | Aluminum purification |
| US4338177A (en) * | 1978-09-22 | 1982-07-06 | Metallurgical, Inc. | Electrolytic cell for the production of aluminum |
| CA2518929A1 (en) * | 2003-03-14 | 2004-09-30 | Northwest Aluminum Technologies | Electrolytic cell for production of aluminum from alumina |
| US7846309B2 (en) * | 2003-08-14 | 2010-12-07 | Rio Tinto Alcan International Limited | Metal electrowinning cell with electrolyte purifier |
| RU2689475C1 (en) * | 2018-07-12 | 2019-05-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Device for production of high-purity aluminum with carbon-free anodes by electrolysis and method of its implementation |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4115215A (en) * | 1976-09-22 | 1978-09-19 | Aluminum Company Of America | Aluminum purification |
| US4338177A (en) * | 1978-09-22 | 1982-07-06 | Metallurgical, Inc. | Electrolytic cell for the production of aluminum |
| CA2518929A1 (en) * | 2003-03-14 | 2004-09-30 | Northwest Aluminum Technologies | Electrolytic cell for production of aluminum from alumina |
| US7846309B2 (en) * | 2003-08-14 | 2010-12-07 | Rio Tinto Alcan International Limited | Metal electrowinning cell with electrolyte purifier |
| RU2689475C1 (en) * | 2018-07-12 | 2019-05-28 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Device for production of high-purity aluminum with carbon-free anodes by electrolysis and method of its implementation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2004221441B2 (en) | Electrolytic cell for production of aluminum from alumina | |
| US11001931B2 (en) | Systems and methods for purifying aluminum | |
| EP1364077B1 (en) | A method and an electrowinning cell for production of metal | |
| US5024737A (en) | Process for producing a reactive metal-magnesium alloy | |
| AU2002236366A1 (en) | A method and an electrowinning cell for production of metal | |
| CA2492215C (en) | Electrolytic cell for production of aluminum from alumina | |
| Takenaka et al. | The new concept for electrowinning process of liquid titanium metal in molten salt | |
| US6436272B1 (en) | Low temperature aluminum reduction cell using hollow cathode | |
| US3677926A (en) | Cell for electrolytic refining of metals | |
| US4552637A (en) | Cell for the refining of aluminium | |
| RU2689475C1 (en) | Device for production of high-purity aluminum with carbon-free anodes by electrolysis and method of its implementation | |
| RU2840274C1 (en) | Method of electrolytic refining of aluminium or alloys thereof from metal impurities (embodiments) | |
| RU2809349C1 (en) | Device for electrochemical refining of aluminium in electrolysers (variants) | |
| RU2558316C2 (en) | Method and device for aluminium affinage | |
| WO2024177534A1 (en) | Method and device for electrorefining aluminium in electrolysis cells (embodiments) | |
| US5720868A (en) | Method for producing electrolytic-pot-cell grade alumina from aluminum sulphate | |
| US4601804A (en) | Cell for electrolytic purification of aluminum | |
| RU2836556C1 (en) | Device and method for electrolytic refining of aluminium or its alloys | |
| RU2418083C2 (en) | Electrolyser for refining lead in salt melt | |
| RU2471892C1 (en) | Method of producing metal by molten-salt electrolysis | |
| Hunt | A New Electrolytic Cell for Magnesium and Chlorine Production |