Стабилизация технологических параметров в условиях кислых электролитов для мощных алюминиевых электролизеров

• Автор: Шарипов, Джахонгир Дододжанович
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 123 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОСТАВОВ КРИОЛИТ-ГЛИНОЗЕМНОГО
РАСПЛАВА МОЩНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ
1.1 Структура и свойства промышленных электролитов в первичном производстве алюминия
1.2 Технические и технологические параметры мощных алюминиевых электролизеров
1.3 Криолит-глиноземное укрытие электролизера
1.4 Физико-химические процессы в электролитах
1.5 Процессы растворения глинозема и его смесей в кислых
криолит-глиноземных расплавах
1.6 Постановка задачи и выбор направлений исследований
ГЛАВА 2 ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ И МЕТОДЫ АНАЛИЗА
2.1 Состав и структура промышленных электролитов
2.2 Изучение влияния переизбытка фторида алюминия на свойства электролита
2.3 Обработка результатов статистическими методами
ГЛАВА 3 ИЗМЕНЕНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЭЛЕКТРОЛИТА В УСЛОВИЯХ ПОВЫШЕННОЙ ТОКОВОЙ НАГРУЗКИ
3.1 Исследование растворения глиноземов различного типа в кислых электролитах
3.2 Изучение особенностей формирования рабочего пространства мощного электролизера при переизбытке фторида алюминия
3.3 Исследование условий стабилизации криолитового отношения в
заданных пределах
3.4 Влияние добавок фторидов на показатели процесса

3.5 Выводы по третьей главе
ГЛАВА 4 АЛГОРИТМИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ КРИОЛИТОВЫМ ОТНОШЕНИЕМ ДЛЯ МОЩНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ
4.1 Выбор рационального режима корректировки криолитового отношения
4.2 Анализ текущего технического состояния систем питания АПГ
ГУЛ «ТАЬСО»
4.3 Автоматизированный контроль криолитового отношения при помощи системы АПГ
4.4 Питание электролизера С-175М фторированым глиноземом (ГОУ)
и смесями
4.5 Выводы по четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение А
Приложение Б

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования. В условиях кризиса одной из главных задач, стоящих перед алюминиевой мировой промышленностью в настоящее время, является снижение прямых затрат на электролитическое производство и увеличение выхода по току до 93,5-94,5%. Предприятия, оборудованные электролизерами с обожженными анодами (ОА) мощностью более 160 кА перешли на технологию электролиза с кислыми электролитами (криолитовым отношением КО = 2,2-2,5) около 10 лет назад.
При переходе с поточной обработки на точечное питание глиноземом через системы автоматического питания глиноземом (АПГ) на электролизерах типа С-160, С-160М, С-175М Уральского алюминиевого завода (ОАО «УАЗ-СУАЛ») и Таджикского алюминиевого завода (ГУП «ТАГСО») возникли технологические трудности, связанные с корректировкой состава электролита и растворением глинозема в кислых электролитах. Эти проблемы обусловлены физикохимическими процессами в межполюсном расстоянии, а следовательно, и изменениями теплового баланса и магнитогазодинамических потоков, что затрудняет адаптацию технологии кислых электролитов применительно к промышленному комплексу с электролизерами 160-175 кА.
Основным преимуществом электролитов с низким КО является снижение активности ионов натрия, что позволяет уменьшить скорость обратных реакций и снизить температуру процесса. Для эффективной работы электролизеров в условиях низких температур при изменяющейся магнитодинамической ситуации представляет интерес изучить процессы растворения фторированного глинозема газоочисток (глинозем ГОУ) в межполюсном пространстве (МПР) для корректировки и стабилизации КО в заданных пределах и правильного формирования рабочего пространства с целью увеличения срока службы электролизера и увеличения выхода по току.

- оптимальный электролит - КО = 2,2-2,5.
Электролит выполняет в электролизере следующие функции:
- служит для прохождения электрического тока от анода к катоду;
- растворитель глинозема;
- физическое разделение произведенного на катоде алюминия и выделяющегося на аноде С02;
- создает условия для прочной криолит-глиноземной настыли в катоде;
- при разложении криолита при температуре 950-965°С изменяется его структура с разделением на катионные и анионные группы.
Иа3 А1Р6 -» ЗШ+ + АИ$- (1-31)
А1Р^~ <-> А1Р~- + Р~ (1-32)
А1Р;~ <-» А1Р; + Р~
Именно в этих условиях и при содержании глинозема А1203 от 1,5 до 5,0 % происходит его интенсивная диссоциация при взаимодействии с ионами группами криолита с образованием оксифторидных комплексов. В кислых электролитах всегда присутствуют следующие комплексы:
РаР-, АШ;, А!Р^, А1Рй3', А12ОР62~, А1202Ра2~
При повышенной концентрации глинозема (более 4.0%) преобладают ионы: 2А1203 + 2АШ2- ^ 3 (А1202Р4)2~ С1-33)
Р г- 2- 'р о А
1 1 / /
Р - А1-0-А1-Р А1 А
1 1 / /
Р г Р О Р
Каждая конструкция электролизера и условия его эксплуатации определяю, конкретные требования к составу электролита. По данным X. Кванде можно выделить три категории электролизеров [16]:
• Категория 1. Современные электролизеры с обожженными анодами. Большая сила тока: 200-350 кА.
Выход по току: 94-96 %.