СПОСОБ ЗАЩИТЫ КАТОДНОГО УСТРОЙСТВА АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА
METHOD OF PROTECTING CATHODE ASSEMBLY OF ALUMINIUM ELECTROLYSIS CELL

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к производству алюминия электролизом расплава солей и оксидов с обожженными и самоспекающимися анодами и может быть использовано при проектировании новых и реконструкции действующих электролизеров.
В алюминиевом электролизере с обожженными и самоспекающимися угольными анодами катодом служит углеграфитовая подина, ток к которой подводится через стальные блюмсы, и на подине находится расплавленный алюминий. Выделяющийся при электролизе алюминий собирается на катоде. При этом после нескольких лет работы электролизера через угольные катодные блоки вниз протекают криолитовый электролит и расплавленный алюминий. Они разрушают электролизер и выводят его из строя [Справочник металлурга по цветным металлам. Производство алюминия. М.: Металлургия, 1971].
Недостаток этих электролизеров - пористость угольных катодных блоков достигает 12-25%. В результате этого происходит протекание электролита и расплавленного алюминия через подовые катодные угольные блоки между зернами спеченного углеграфита и по трещинам в катодных блоках и между ними, разрушаются подина и корпус электролизера, и процесс электролиза прекращается. Требуется демонтировать электролизер и монтировать новый.
5
2
В Пат. США №5227045, МКИ С25D 9/04. Заявлено 30.12.91, опубликовано 13.07.93, Townsend D.W. Покрытие подины посредством пересыщения алюминием, с целью предохранения подины электролизера от разрушения расплавленными алюминием, натрием и криолитом предложено наносить на нее покрытие из TiB и TiC, а также боридов, карбидов и других тугоплавких металлов (Zr, Hf, Cr, V, Nb, Та, Mo, W). Оксиды указанных металлов вводят совместно с бором в ванну вместе с глиноземом. Выделяясь одновременно с алюминием на катоде, они пересыщают металл на подине и выпадают в осадок в виде соответствующих боридов и карбидов (при взаимодействии с углеродистой подиной), образуя пленку толщиной до 50 мм. Скорость наращивания пленки 0,1-20 мм в год.
Недостаток такого способа в том, что электролит и алюминий загрязняются введенными металлами, ухудшая качество электролитического алюминия.
Углеграфитовый блок получают спеканием порошка. Соответственно блоки имеют открытые и закрытие поры и трещины. Протекание электролита и алюминия через углеграфитовый катодный блок при электролизе происходит по открытым порам, что приводит к разрушению катодных блоков и футеровки электролизера. Ранее протекание уменьшали, создавая покрытия сверху блоков.
Задачей изобретения является эффективность защиты катодного устройства алюминиевого электролизера.
Достигается это пропиткой расплавленным кремнием, который наносят плазменным напылением снизу и сбоку на углеграфитовые блоки, толщиной не более 2 мм.
При создании пропитанного слоя снизу и сбоку у блоков будут дополнительные положительные эффекты:
1. исключается протекание электролита и алюминия через поры углеграфитовых катодных блоков, так как поры и трещины закупорены сбоку и снизу блоков;
2. пропитанный слой не контактирует с расплавленным алюминием и электролитом;
3. не происходит химической коррозии и абразивного износа пропитанного слоя;
4. нижний пропитанный слой работает при температуре ниже чем температура верхнего покрытия;
5. нижний и боковой пропитанный слой долговечнее чем верхнее покрытие;
6. требование к материалу и технологии создания нижнего пропитанного слоя слабее чем к таким же параметрам верхнего покрытия.
Способ осуществляется следующим образом.
Расплавленный кремний плазменной горелкой наносят на низ и боковины углеграфитовых блоков. Толщина пропитанного слоя должна быть не более 1-2 мм, чтобы исключить или уменьшить термические напряжения между блоком и пропитанным слоем и соответственно отслаивание пропитанного слоя от блока. Процесс пропитки кремнием производится после изготовления блоков и до их установки в электролизер, что технологически легко осуществимо. Толщину пропитанного слоя легко регулировать в процессе пропитки.
При этом расплавленный кремний хорошо смачивает и пропитывает пористый уголь, заполняют тонкий слой пор, создавая вакуум-плотный слой, и соответственно уменьшается вероятность проникновения электролита и алюминия в катодный блок, через него и в нижние слои футеровки под блоком.