СПОСОБ УДАЛЕНИЯ УГОЛЬНОЙ ПЕНЫ С ПОВЕРХНОСТИ ЭЛЕКТРОЛИТА АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА
METHOD OF REMOVING COAL FROTH FROM SURFACE OF ELECTROLYTE OF ALUMINIUM ELECTROLYSIS CELL

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам обслуживания алюминиевого электролизера, преимущественно к удалению угольной пены из алюминиевого электролизера.
Известен способ обслуживания алюминиевого электролизера, включающий удаление угольной пены при проведении технологической обработки (В.Г.Терентьев, Производство алюминия. М.: Металлургия, 1997, с.156-159).
Способ имеет низкую эффективность из-за высоких трудозатрат (технологическая обработка выполняется рабочими вручную) и высоких потерь электролита, так как 70% извлекаемого в процессе технологической обработки материала составляет электролит, состоящий из дорогостоящих фтористых солей.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ обслуживания электролизера, включающий импульсную подачу сжатого воздуха под анод через две трубы, запеченные в аноде, для окисления угольной пены под анодом и удаления ее из-под анода, а также окисление пены на поверхности электролита в пространстве борт-анод (патент Российской Федерации 2057207, C25C 3/20, опубликовано 1996.03.27).
Недостатками такого способа являются:
1) Применимость только для электролизеров с самообжигающимися анодами.
2) Низкая интенсивность окисления угольной пены, так как воздух, подаваемый под анод, образует в электролите крупные воздушные пузыри, из-за чего снижается площадь их контакта с частицами пены.
3) Низкое содержания кислорода в анодных газах в пространстве борт-анод под газосборным колоколом, в результате чего твердые частицы пены на поверхности электролита, где находится основное количество пены, окисляются медленно. Это приводит к накоплению пены и, соответственно, к необходимости проведения технологических обработок по ее удалению, сопровождающихся вредными выбросами в атмосферу и потерями фтористых солей.
4) При подаче сжатого воздуха под анод происходит окисление подошвы анода кислородом воздуха, что вызовет дополнительный расход углерода.
Задачей изобретения является увеличение выхода по току (повышенное содержание пены в электролите приводит к росту температуры электролиза и снижению выхода по току), уменьшение объема вредных выбросов в атмосферу, сокращение трудозатрат и снижение потерь электролита за счет сокращения количества технологических обработок.
Технический результат заключается в повышении эффективности дожига пены путем увеличения содержания кислорода в газах, контактирующих с угольной пеной на поверхности электролита, повышения скорости его подачи.
Достигается это тем, что в способе удаления пены с поверхности электролита алюминиевого электролизера, включающем окисление углерода воздухом в пространстве борт-анод, подачу воздуха осуществляют в виде струек под углом к поверхности электролита с помощью насадки.
Направление струек воздуха к поверхности электролита осуществляют путем поворота насадки.
Воздух подают подогретым до 960°C, воздух подают обогащенный кислородом.
Вместе с воздухом подают катализатор, например соль кальция, ускоряющий окисление пены.
Сущность способа заключается в следующем.
Насадки устанавливаются в пространство борт-анод под криолитоглиноземной коркой в местах наибольшего скопления угольной пены на поверхности электролита в пространстве борт-анод (обычно это углы и входная сторона электролизера). Через насадку воздух подают тонкими струйками под углом на угольную пену, плавающую на поверхности электролита. В результате реакции кислорода воздуха с угольной пеной последняя выжигается. За счет подачи струек воздуха под углом создаются циркуляционные потоки запененного электролита.
При использовании анода Содерберга насадки совмещаются, например, с секциями газосборного колокола или укрытия, либо устанавливаются, заменяя соответствующие секции укрытия. При использовании обожженных анодов насадки устанавливаются внутрь секции газосборного колокола или вместо нее, прикрепляются к анододержателю или фланцевому листу катодного устройства на гибком кронштейне.
При осуществлении способа возможно регулирование следующих параметров:
Расхода воздуха в зависимости от количества угольной пены в электролизере.
Направления струек воздуха к поверхности электролита путем поворота насадки.
Места положения насадки.
Температуры воздуха (до 960°C).
Концентрации кислорода в подаваемом воздухе (до 100%).
Содержание катализатора (например, соль кальция).
Расстояния от поверхности насадки до поверхности электролита (вплоть до соприкосновения и погружения в электролит).
Способ иллюстрирован схемой удаления пены с поверхности электролита алюминиевого электролизера, где 1 - насадка, 2 - пена, 3 - электролит.
Заявленный способ отличается от прототипа тем, что воздух подают в виде тонких струек непосредственно к поверхности пены с проникновением внутрь ее слоя. Это обеспечивает (по сравнению с прототипом) повышение концентрации кислорода на поверхности угольной пены и увеличение поверхности контакта кислорода с частицами пены в электролите. В результате угольная пена окисляется кислородом воздуха намного интенсивнее, что снижает количество технологических обработок и уменьшает вредные выбросы в атмосферу. Создание направленными струйками воздуха циркуляционных потоков запененного электролита повышает эффективность способа.
Регулировка расхода воздуха изменением его давления в зависимости от количества пены в пространстве между бортом и анодом изменяет проникновение струек воздуха в слой пены, что позволяет более эффективно управлять процессом окисления.
Регулировка поворотом насадки направления струек воздуха, подаваемых под углом к поверхности электролита, позволит создать движение электролита в пространстве борт-анод, т.е. подводить под насадку запененный электролит с необработанных участков.
Установка насадки в местах наибольшего скопления пены повышает эффективность метода.
Предварительный разогрев подаваемого воздуха до 960°C, т.е. до температуры, превышающей температуру плавления электролита, предотвратит отвердевание электролита при контакте с холодным воздухом и повысит интенсивность окисления пены.
Обогащение подаваемого воздуха кислородом и добавление катализаторов окисления повысит интенсивность окисления пены.
Управление режимами подачи воздуха позволит организовать движение электролита в пространстве борт-анод, что обеспечит перемещение запененных участков поверхности электролита в месте установки насадки.
Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».
Пример.
Для осуществления предлагаемого способа обслуживания алюминиевого электролизера используют насадки, изготовленные из жаростойкой нержавеющей стали. На рабочей поверхности насадки, имеющей размеры 300×300 мм, выполнены отверстия диаметром 1-2 мм, обеспечивающие подачу тонких струек воздуха, проникающих в слой пены под углом 45°. Предусмотрена возможность обогащения подаваемого воздуха кислородом и периодическая подача катализаторов окисления (например, пылевидных фракций солей кальция). Через насадку подают воздух, разогретый до температуры 960°C, обогащенный кислородом и содержащий необходимые катализаторы. Интенсивность окисления угольной пены регулируют изменением давления подаваемого воздуха в насадку. Использование предлагаемого способа замедлило накопление пены в электролите, что позволило производить технологические обработки не через 10 (прототип), а через 30 суток. Соответственно, сократился объем вредных выбросов в атмосферу. Средний съем пены уменьшился с 32 до 10 кг на тонну алюминия.
Таким образом, предлагаемый способ снижает расход фтористых солей, выбросы вредных веществ, трудозатраты, повышает производительность электролизера.