RU2840504C1 - Method for production of anode mass of aluminium electrolytic cells - Google Patents
Method for production of anode mass of aluminium electrolytic cells Download PDFInfo
- Publication number
- RU2840504C1 RU2840504C1 RU2024114624A RU2024114624A RU2840504C1 RU 2840504 C1 RU2840504 C1 RU 2840504C1 RU 2024114624 A RU2024114624 A RU 2024114624A RU 2024114624 A RU2024114624 A RU 2024114624A RU 2840504 C1 RU2840504 C1 RU 2840504C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- binder
- production
- anode mass
- petroleum
- coke
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates
Изобретение относится к области металлургии, а именно предназначено для производства анодной массы для алюминиевых электролизеров на основе каменноугольного пека или связующего из нефтяного сырья и может найти применение в электродной промышленности.The invention relates to the field of metallurgy, namely, it is intended for the production of anode mass for aluminum electrolyzers based on coal tar pitch or a binder from petroleum raw materials and can find application in the electrode industry.
Уровень техникиState of the art
Каменноугольный пек (КУП) является побочным продуктом в процессе получения металлургического кокса. Потребность в связующем пеке со стороны электродной промышленности и в производстве алюминия постоянно увеличивается. Каменноугольный пек является источником канцерогенных полиароматических углеводородов (ПАУ). На практике в качестве индикатора содержания ПАУ используется концентрация бенз(а)пирена в самом пеке или в выбросах при его коксовании. В свете растущих экологических ограничений на выбросы и снижения рынка каменноугольного пека, большое значение приобретает задача по замещению КУП другими видами связующего.Coal tar pitch (CTP) is a by-product in the process of obtaining metallurgical coke. The need for binder pitch from the electrode industry and in aluminum production is constantly increasing. Coal tar pitch is a source of carcinogenic polyaromatic hydrocarbons (PAH). In practice, the concentration of benzo(a)pyrene in the pitch itself or in emissions during its coking is used as an indicator of PAH content. In light of increasing environmental restrictions on emissions and the decline of the coal tar pitch market, the task of replacing CTP with other types of binders is becoming increasingly important.
В качестве альтернативы каменноугольному пеку рассматривалось нефтяное связующее, которое получают переработкой различного нефтяного и нефтегазового сырья. Химический состав нефтяного связующего не менее сложен, чем у каменноугольных пеков. В сравнении с КУП, нефтяное связующее содержит значительно больше алифатического водорода и меньше ароматического водорода. Соответственно, доля ароматических канцерогенных углеродов в них ниже, чем в типичных каменноугольных пеках.An alternative to coal tar pitch was considered petroleum binder, which is obtained by processing various oil and oil and gas raw materials. The chemical composition of petroleum binder is no less complex than that of coal tar pitches. Compared to CUP, petroleum binder contains significantly more aliphatic hydrogen and less aromatic hydrogen. Accordingly, the proportion of aromatic carcinogenic carbons in them is lower than in typical coal tar pitches.
Известно, что нефтяное связующее может в ограниченном объеме использоваться при производстве электродной продукции, в основном в виде пропиточных и низкотемпературных пеков.It is known that petroleum binders can be used in limited quantities in the production of electrode products, mainly in the form of impregnating and low-temperature pitches.
Допустимым способом вовлечения нефтяного связующего в анодном производстве является получение комбинированного связующего из каменноугольного и нефтяного пеков.An acceptable method for involving petroleum binder in anode production is the production of a combined binder from coal tar and petroleum pitch.
В патенте РФ [Лазарев В.Д. и др., патент РФ №2080418, С25С 3/12, 27.05.97. Способ производства анодной массы алюминиевых электролизеров] предложено в производстве анодной массы в качестве углеродсодержащего связующего использовать гомогенную смесь, полученную путем смешивания каменноугольного пека с нефтяным пеком при соотношении 19:1-2:1. Смешивание каменноугольного пека с нефтяным выполняют перекачиванием смеси из нижней зоны емкости в верхнюю зону из расчета 1-3-кратного обмена общим потоком в турбулентном режиме.In the Russian Federation patent [Lazarev V.D. et al., Russian Federation patent No. 2080418, C25C 3/12, 27.05.97. Method for producing anode mass for aluminum electrolyzers] it is proposed to use a homogeneous mixture obtained by mixing coal tar pitch with petroleum pitch in a ratio of 19:1-2:1 as a carbon-containing binder in the production of anode mass. The mixing of coal tar pitch with petroleum pitch is performed by pumping the mixture from the lower zone of the tank to the upper zone at the rate of 1-3-fold exchange of the total flow in a turbulent mode.
В патенте [WO 2022/207936 А1 Улучшенный пек, процесс его приготовления и использования] описан метод позволяющий использовать в качестве связующего нефтяной пек в смеси с каменноугольным. Содержание нефтяной составляющей в связующем достигает 70 %.The patent [WO 2022/207936 A1 Improved pitch, process for its preparation and use] describes a method that allows using petroleum pitch mixed with coal tar as a binder. The content of the petroleum component in the binder reaches 70%.
Известен способ получения связующего для электродной массы [Анушенков А.Н. и др., патент РФ №2489524, С25С 3/12, 10.08.2013.] из смеси каменноугольного пека и продуктов нефтепереработки, а именно тяжелой смолы пиролиза. К недостаткам метода можно отнести необходимость предварительного термоокисления и гомогенизации тяжелой смолы пиролиза в гидроударно-кавитационном импульсном эмульгаторе.A method for producing a binder for electrode mass is known [Anushenkov A.N. et al., Russian Federation Patent No. 2489524, C25C 3/12, 10.08.2013] from a mixture of coal tar pitch and oil refining products, namely heavy pyrolysis resin. The disadvantages of the method include the need for preliminary thermal oxidation and homogenization of the heavy pyrolysis resin in a hydropercussion-cavitation pulse emulsifier.
Предложенные способы применения нефтяного связующего показывают снижение механической прочности обожженной анодной массы, что может привести к преждевременному отключению электролизера. Кроме того, при использовании указанных способов высок показатель вредных выбросов при производстве алюминия. Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ производства анодной массы [патент RU 2116383 C1, С25С 3/12, опубл. 27.07.1998 г.] Согласно способа для производства анодной массы в качестве связующего был использован не только каменноугольной пек в смеси с нефтяным, но и чистый нефтяной пек. Способ решает задачу промышленной осуществимости способа с использованием нефтяных пеков с показателем содержания α-фракции всего диапазона, а также с использованием как чисто нефтяного связующего, так и гомогенной смеси его с каменноугольным пеком в любом соотношении.The proposed methods of using petroleum binder show a decrease in the mechanical strength of the baked anode mass, which can lead to premature shutdown of the electrolyzer. In addition, when using the said methods, the rate of harmful emissions in the production of aluminum is high. The closest to the proposed invention in technical essence and the achieved result is the method for producing anode mass [patent RU 2116383 C1, C25C 3/12, published. 07/27/1998]. According to the method for producing anode mass, not only coal tar pitch mixed with petroleum pitch, but also pure petroleum pitch was used as a binder. The method solves the problem of industrial feasibility of the method using petroleum pitches with an α-fraction content index of the entire range, as well as using both a pure petroleum binder and a homogeneous mixture of it with coal tar pitch in any ratio.
Недостатком прототипа является то, что для получения качественной анодной массы необходимо изменять содержание пылевой фракции коксовой шихты для каждого конкретного связующего согласно заявленным математическим зависимостям. Данный способ трудно реализовать в промышленном производственном процессе. Нефтяное связующее по прототипу обладает повышенной текучестью, относительного каменноугольного пека, указанный гранулометрический состав может привести к ухудшению пластических свойств анодной массы, что приведет к повышенному расходу анодной массы и не позволит добиться прочной структуры анода.The disadvantage of the prototype is that in order to obtain a high-quality anode mass, it is necessary to change the content of the dust fraction of the coke batch for each specific binder according to the stated mathematical dependencies. This method is difficult to implement in an industrial production process. The petroleum binder according to the prototype has increased fluidity, relative to coal tar pitch, the specified granulometric composition can lead to deterioration of the plastic properties of the anode mass, which will lead to increased consumption of the anode mass and will not allow achieving a strong anode structure.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention
Предлагаемый способ решает техническую задачу промышленного применения нефтяного пека в качестве связующего для производства анодной массы, позволяя тем самым расширить сырьевую базу для производства анодной массы, а также снизить количество вредных выбросов при производстве алюминия, без снижения качества анодной массы.The proposed method solves the technical problem of industrial application of petroleum pitch as a binder for the production of anode mass, thereby allowing to expand the raw material base for the production of anode mass, as well as to reduce the amount of harmful emissions in the production of aluminum, without reducing the quality of the anode mass.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе производства анодной массы алюминиевых электролизеров, включающем дробление, классификацию и измельчение коксов нефтяного происхождения, дозировку компонентов коксовой шихты, смешивание коксовой шихты и нефтяного связующего, согласно заявляемому изобретению коксовую шихту смешивают с нефтяным связующим при температуре 191-200°С, при следующем соотношении гранулометрического состава коксовой шихты, мас.%:The solution to the stated problem is achieved by the fact that in the method for producing anode mass for aluminum electrolyzers, including crushing, classifying and grinding cokes of petroleum origin, dosing the components of the coke charge, mixing the coke charge and petroleum binder, according to the claimed invention, the coke charge is mixed with the petroleum binder at a temperature of 191-200°C, with the following ratio of the granulometric composition of the coke charge, wt.%:
Смешение коксовой шихты с связующим проводили при температуре 191-200 °С. Применение указанной температуры в способе позволило снизить время смешения анодной массы. Дальнейшее увеличение температуры нецелесообразно, так как нефтяное связующее имеет свойство к расслоению при температуре более 200 °С.Mixing of coke charge with binder was carried out at temperature of 191-200 °С. Application of the specified temperature in the method allowed to reduce the time of mixing of anode mass. Further increase of temperature is not advisable, since petroleum binder has the property of stratification at temperature over 200 °С.
Предложенный гранулометрический состав шихты позволяет вовлекать нефтяное связующее в производство анодной массы, без риска расслоения коксо-пековой композиции, с достижением качественных характеристик на уровне анодной массы на основе каменноугольного пека. При этом не требует изменения рецептуры анодной массы при переходе с каменноугольного пека на нефтяное связующее, что делает способ реализуемым в промышленных условиях, позволяя тем самым расширить сырьевую базу для производства анодной массы, а также снизить количество вредных выбросов при производстве алюминия, без снижения качества анодной массы. Анодная масса по предложенному способу удовлетворяет требованиям технологического регламента производства анодной массы по показателям: удельное электрическое сопротивление; предел прочности на сжатие; коэффициент относительного удлинения.The proposed granulometric composition of the batch allows involving the petroleum binder in the production of the anode mass, without the risk of stratification of the coke-pitch composition, with the achievement of quality characteristics at the level of the anode mass based on coal tar pitch. At the same time, it does not require changing the anode mass recipe when switching from coal tar pitch to the petroleum binder, which makes the method feasible under industrial conditions, thereby allowing to expand the raw material base for the production of the anode mass, as well as to reduce the amount of harmful emissions in the production of aluminum, without reducing the quality of the anode mass. The anode mass according to the proposed method meets the requirements of the technological regulations for the production of the anode mass in terms of the following indicators: specific electrical resistance; compressive strength; relative elongation coefficient.
Таким образом, заявляемый способ производства анодной массы на нефтяном связующем существенно отличается от прототипа, следовательно, соответствует критерию «новизна».Thus, the claimed method of producing anode mass on an oil binder differs significantly from the prototype, and therefore meets the criterion of “novelty”.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.The invention is illustrated by the following examples.
Пример 1. Для приготовления анодной массы использовали связующее (каменноугольный пек) и коксовую шихту с гранулометрическим составом, мас.%: Example 1. To prepare the anode mass, a binder (coal tar pitch) and coke batch with the following granulometric composition were used, wt.%:
Для приготовления коксовой шихты прокаленный кокс последовательно дробили на молотковой и валковой дробилке, рассеивали на грохоте на фракции - 12,5 + 4,75 мм; - 4,75 + 1,18 мм; - 1,18 + 0,212 мм и менее 0,212 мм. Затем из фракции - 4,75+1,18 и фракции менее 0,212 мм готовили пылевую фракцию в шаровой мельнице.To prepare the coke charge, the calcined coke was successively crushed in a hammer and roller crusher, and screened into fractions of - 12.5 + 4.75 mm; - 4.75 + 1.18 mm; - 1.18 + 0.212 mm and less than 0.212 mm. Then, from the fraction - 4.75 + 1.18 and the fraction less than 0.212 mm, a dust fraction was prepared in a ball mill.
Смешение шихты с связующим проводили при температуре 191-200°С. Для определения физико-механических свойств анодную массу обжигали до температуры 960 °С со скоростью подъема температуры 15 °С/час, механически обрабатывали и определяли удельное электрическое сопротивление (УЭС), предел прочности на сжатие и коэффициент относительного удлинения (Таблица 1).The mixture was mixed with the binder at a temperature of 191-200°C. To determine the physical and mechanical properties, the anode mass was fired to a temperature of 960°C with a temperature rise rate of 15°C/hour, mechanically processed, and the specific electrical resistance (SER), compressive strength, and relative elongation coefficient were determined (Table 1).
Пример 2. Способ по примеру 1, отличающийся тем, что в качестве связующего использовали нефтяной пек (НП). Example 2. The method according to example 1, distinguished in that petroleum pitch (PP) was used as a binder.
Пример 3. Способ по примеру 1, отличающийся массовым соотношением гранулометрического состава в соответствии с Таблицей 1. Example 3. The method according to example 1, differing in the mass ratio of the granulometric composition in accordance with Table 1.
Пример 4. Способ по примеру 3, отличающийся тем, что в качестве связующего использовали нефтяной пек. Example 4. The method according to example 3, distinguished in that petroleum pitch was used as a binder.
Пример 5. Способ по примеру 1, отличающийся массовым соотношением гранулометрического состава в соответствии с Таблицей 1. Example 5. The method according to example 1, differing in the mass ratio of the granulometric composition in accordance with Table 1.
Пример 6. Способ по примеру 5, отличающийся тем, что в качестве связующего использовали нефтяной пек. Example 6. The method according to example 5, distinguished in that petroleum pitch was used as a binder.
Пример 7. Способ по примеру 1, отличающийся массовым соотношением гранулометрического состава в соответствии с Таблицей 1. Example 7. The method according to example 1, differing in the mass ratio of the granulometric composition in accordance with Table 1.
Пример 8. Способ по примеру 7, отличающийся тем, что в качестве связующего использовали нефтяной пек. Example 8. The method according to example 7, distinguished in that petroleum pitch was used as a binder.
Пример 9. Способ по примеру 1, отличающийся массовым соотношением гранулометрического состава в соответствии с Таблицей 1. Example 9. The method according to example 1, distinguished by the mass ratio of the granulometric composition in accordance with Table 1.
Пример 10. Способ по примеру 9, отличающийся тем, что в качестве связующего использовали нефтяной пек. Example 10. The method according to example 9, distinguished in that petroleum pitch was used as a binder.
Примеры 1 - 6 демонстрируют, что использование предложенного массового соотношения гранулометрического состава Фракция (- 12,5+4,75) (12-16%), Фракция (- 4,75+1,18) (22-26%), отсев (15-19%), пыль (42-47%) применимо как для каменноугольного, так и для нефтяного, кроме того выполнение способа согласно примерам 1-6 позволяет получить анодную массу с физико-механическими свойствами сопоставимыми со свойствами анодных масс на каменноугольном пеке и удовлетворяющими требованиям технологического регламента.Examples 1-6 demonstrate that the use of the proposed mass ratio of the granulometric composition Fraction (- 12.5+4.75) (12-16%), Fraction (- 4.75+1.18) (22-26%), screenings (15-19%), dust (42-47%) is applicable for both coal and oil, in addition, the implementation of the method according to examples 1-6 allows obtaining an anode mass with physical and mechanical properties comparable to the properties of anode masses on coal tar pitch and satisfying the requirements of the process regulations.
Примеры 7-8 показывают, что при использовании массового соотношения гранулометрического состава Фракция (- 12,5+4,75) (11%), Фракция (- 4,75+1,18) (27%), отсев (14%), пыль (48%) масса теряет пластические свойства, снижается коэффициент относительного удлинения. При этом растет удельное электрическое сопротивление, за счет уплотнения анода.Examples 7-8 show that when using the mass ratio of the granulometric composition Fraction (- 12.5+4.75) (11%), Fraction (- 4.75+1.18) (27%), screenings (14%), dust (48%), the mass loses plastic properties, the coefficient of relative elongation decreases. At the same time, the specific electrical resistance increases due to the compaction of the anode.
Примеры 9-10 показывают, что при использовании массового соотношения гранулометрического состава Фракция (- 12,5+4,75) (17%), Фракция (- 4,75+1,18) (21%), отсев (20%), пыль (42%) масса теряет свои прочностные характеристики, снижается механическая прочность. При этом, за счет уменьшения пылевой фракции, заметно растет коэффициент относительного удлинения.Examples 9-10 show that when using the mass ratio of the granulometric composition Fraction (- 12.5+4.75) (17%), Fraction (- 4.75+1.18) (21%), screenings (20%), dust (42%), the mass loses its strength characteristics, and its mechanical strength decreases. At the same time, due to the reduction of the dust fraction, the coefficient of relative elongation increases noticeably.
Решение осуществляется за счет использования массового соотношения гранулометрического состава шихты, который применим как для каменноугольного пека, так и для нефтяного связующего. Способ позволяет использовать нефтяное связующее, для изготовления анодной массы, при этом не требует изменения пропорций коксовой шихты при переходе с каменноугольного пека на нефтяное связующее.The solution is implemented by using the mass ratio of the granulometric composition of the batch, which is applicable both to coal tar pitch and to the oil binder. The method allows using the oil binder to produce the anode mass, while not requiring a change in the proportions of the coke batch when switching from coal tar pitch to the oil binder.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2840504C1 true RU2840504C1 (en) | 2025-05-26 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4650559A (en) * | 1984-11-14 | 1987-03-17 | Kiikka Oliver A | Carbon electrode for reducing dusting and gasification in an electrolytic cell |
| RU2116383C1 (en) * | 1996-08-02 | 1998-07-27 | Акционерное общество открытого типа "Сибирский научно-исследовательский, конструкторский и проектный институт алюминиевой и электродной промышленности" | Method for production of anode material |
| RU2489524C1 (en) * | 2012-03-12 | 2013-08-10 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Method of producing binder for electrode mass |
| RU2521178C1 (en) * | 2013-02-13 | 2014-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Method of anode paste preparation to form untreated anodes |
| RU2771657C1 (en) * | 2021-03-02 | 2022-05-11 | Акционерное Общество "Наука И Инновации" | Extrusion method for producing a pitch-coke composition for manufacturing graphite materials based on a fine-grained filler of an isotropic structure |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4650559A (en) * | 1984-11-14 | 1987-03-17 | Kiikka Oliver A | Carbon electrode for reducing dusting and gasification in an electrolytic cell |
| RU2116383C1 (en) * | 1996-08-02 | 1998-07-27 | Акционерное общество открытого типа "Сибирский научно-исследовательский, конструкторский и проектный институт алюминиевой и электродной промышленности" | Method for production of anode material |
| RU2489524C1 (en) * | 2012-03-12 | 2013-08-10 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Сибирский Федеральный Университет" | Method of producing binder for electrode mass |
| RU2521178C1 (en) * | 2013-02-13 | 2014-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" | Method of anode paste preparation to form untreated anodes |
| RU2771657C1 (en) * | 2021-03-02 | 2022-05-11 | Акционерное Общество "Наука И Инновации" | Extrusion method for producing a pitch-coke composition for manufacturing graphite materials based on a fine-grained filler of an isotropic structure |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| БУЗУНОВ В.Ю. Влияние индекса Блейна пылевой фракции кокса на структуру и свойства обожженных анодов, Цветные металлы, N 953, изд. Руда и металлы, Москва, 2022. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2355729C1 (en) | Coke addition | |
| DE102015222439B4 (en) | Process for the production of graphite bodies | |
| CA1054960A (en) | Process for manufacturing needle coke | |
| CA2570101C (en) | Electrodes useful for molten salt electrolysis of aluminum oxide to aluminum | |
| CN112424398A (en) | Blend composition for electrodes comprising petroleum coke and pyrolytic carbon | |
| RU2840504C1 (en) | Method for production of anode mass of aluminium electrolytic cells | |
| RU2744579C1 (en) | Method for obtaining binding pitch | |
| EP3408355A1 (en) | Novel coke with additives | |
| CN114457383B (en) | Cathode tamping paste for environment-friendly aluminum electrolysis cell | |
| RU2333236C1 (en) | Charge for production of furnace coke | |
| US3427240A (en) | Carbonaceous compaction using high temperature fluid coke | |
| US10560987B2 (en) | Electrode composition | |
| RU2080417C1 (en) | Carbon anode mass | |
| RU2317944C2 (en) | Anode mass preparation process | |
| RU2132411C1 (en) | Method of preparing electrode paste | |
| US3102041A (en) | Process of producing carbon electrodes | |
| Perruchoud et al. | Coke selection criteria for abrasion resistant graphitized cathodes | |
| RU2529193C1 (en) | Method of producing anode paste for anodes | |
| RU2243296C1 (en) | Method of production of anodic mass for a self-roasting anode for example of an aluminum electrolyzer | |
| RU2034097C1 (en) | Method for preparation of mixture for carbon electrode of aluminum electrolyzer | |
| Xiao et al. | The Improvement of Carbon Anode Performance Using Coupled Mixing | |
| RU2021104132A (en) | MIXED COMPOSITION CONTAINING PETROLEUM COKE AND PYROLYTIC CARBON FOR ELECTRODES | |
| RU2264981C1 (en) | Electrode mass for self-roasting electrodes | |
| SU922184A1 (en) | Lining material | |
| CA2259565A1 (en) | Anode improvements and a process for the manufacture and production of aluminum |