Интенсификация процесса высокоамперного электролиза криолитоглиноземных расплавов в пусковой период

• Автор: Фещенко, Роман Юрьевич
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 184 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ:
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПУСКА ВЫСОКОАМПЕРНЫХ

ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ

1.1 Современные технологии электролиза алюминия

1.1.1 Развитие высокоамперных технологий

1.1.2 Сравнительная характеристика отечественных и зарубежных

высокоамперных электролизеров

1.2 Технология пуска алюминиевого электролизера

1.3 Выбор состава пускового электролита

1.4 Плавкость электролита
1.4.1 Диаграмма состояния системы 15ГаЕ—АШз ?
1.4.2 Диаграмма состояния системы ЫазАШб — АЬОэ
1.4.3 Диаграмма состояния системы Иа^АЮб-АЛЧ-СаЕг
1.5 Влияние пуска электролизера на его срок службы
1.6 Регламент пуска отечественного высокоамперного электролизера
1.6.1 Пуск высокоамперного алюминиевого электролизера на электролиз

1.6.3 Технологические параметры в пусковой период
Выводы по главе 1
ГЛАВА 2 ОСОБЕННОСТИ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ВЗАИМОДЕЙСТвИй В
ПУСКОВОЙ ПЕРИОД ВЫСОКОАМПЕРНОГО АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА

2.1 Механизм разрушения катодной футеровки
2.2 Механизм взаимодействия углеграфитовой катодной футеровки и
электролита
2.3 Взаимодействие натрия и катодной футеровки
2.4 Поверхностные свойства углеграфитовых изделий
2.4.1 Поверхностное натяжение смесей ЫаЕ — АБз
2.4.2 Диаграмма состав — смачивание системы №Б — А1Бз
2.4.3 Диаграмма состав №зА1Б6— А1гОз
2.4.4 Влияние фторидов щелочноземельных металлов на краевой угол
смачивания криолитовых расплавов

2.4.5 Влияние типа твердых материалов на краевой угол смачивания расплавленного криолита
2.4.6 Влияние карбидообразования на состояние углеграфитовой подины
2.4.7 Влияние температуры на краевой угол смачивания криолитоглиноземных расплавов
2.5 Определение краевого угла смачивания для углеграфитового блока типа ЭКА+30 % графита в зависимости от температуры и содержания глинозема
2.5.1 Методика эксперимента
2.5.2 Результаты и обсуждение
2.6 Разработка способа определения содержания глинозема в электролите и устройства для его реализации
2.6.1 Существующие аналоги
2.6.2 Сущность предлагаемого способа
2.7 Термодинамический расчет основных химических реакций, протекающих в катоде
2.7.1 Методика расчета термодинамических характеристик
2.7.2 Исходные данные для расчета
2.7.3 Образование соды, диоксида углерода и проникновение натрия
2.7.4 Образование алюмината натрия
2.7.5 Реакции, изменяющие криолитовое отношение
2.7.6 Образование и потребление цианида натрия
2.7.7 Процессы карбидообразования во время пуска электролизера
2.8 Катодная поляризация в пусковой период
2.9 Механизм образования натрия в электролите
Выводы по главе
ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОПИТКИ КАТОДНОЙ
ФУТЕРОВКИ В УСЛОВИЯХ ПУСКОВОГО ПЕРИОДА
3.1 Изучение степени и глубины пропитки углеграфитовых материалов криолит -глиноземным расплавом
3.2. Изучение свойств УГМ после пропитки
3.1.4 Электросопротивление при температуре окружающей среды
3.1.5 Прочность на изгиб
3.1.6 Методика анализа углеграфитового материала на содержание натрия
3.2 Выбор технологических параметров эксперимента

3.2.1 Криолитовое отношение
3.2.2 Температура электролита
3.2.3 Плотность тока
3.3. Результаты эксперимента и их обсуждение
3.3.1 Изменение плотности исследуемых образцов
3.3.2 Построение регрессионной модели изменения плотности образца в ходе пускового периода
3.3.3 Результаты регрессии и анализ остатков
3.3.4 Проверка адекватности модели
3.3.5 Уравнение регресии
3.3.6 Оценка изменения физико-механических свойств исследуемых образцов
3.4 Диффузионное внедрение натрия в слои углеграфитовой футеровки.
3.5.1 Общие сведения о процессе диффузии
3.5.2 Определение параметров процесса диффузии Ка в углеграфитовый
материал катодной футеровки
Выводы по главе
ГЛАВА 4 СНИЖЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ВЫБРОСОВ НА ВЫСОКОАМПЕРНОМ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРЕ В ПУСКОВОЙ ПЕРИОД
4.1 Выделения и отходы при производстве алюминия
4.2 Методика расчета выделений и отходов фторидов
4.3 Способы сбора отходящих газов
4.4 Влияние состава электролита на потери фторидов в различных температурных условиях
4.4.1 Потери компонентов расплава в зависимости от криолитового отношения
4.4.2 Исследование промышленных образцов
4.5 Стабилизация состава электролита в высокоамперном алюминиевом электролизере
4.5.1 Роль состава электролита в эффективности процесса электролиза алюминия
4.5.2 Влияние примесей на свойства электролитов
4.5.3 Переход на технологию кислых электролитов
4.5.4 Особенности регулирования состава кислых электролитов

1.6 Регламент пуска отечественного высокоамперного электролизера
1.6.1 Пуск высокоамперного алюминиевого электролизера на электролиз
Рассмотрим стандартную последовательность операций (регламент), характерных для данного этапа, основываясь на типовом технологическом регламенте.
Пуск ванн включает операции наплавления электролита и металла, формирования межполюсного пространства «анод-катод» и начало технологического процесса производства электролитического алюминия. Во время подготовки к пуску к электролизерам доставляют пусковое сырье и необходимый технологический инструмент. Загрузка сырья производится в следующей последовательности: на подину вокруг анодного массива ровным слоем засыпают фтористый кальций, поверх него загружают фтористый натрий. Далее засыпают свежий криолит и кусковой оборотный электролит, либо смесь свежего криолита и фтористого натрия с расчетным криолитовым отношением равным 2,5-3,0. Возможна частичная замена свежего криолита смесью флотационного и регенерированного.
После загрузки пусковых материалов напротив леток устанавливают желоба для заливки в ванну жидкого пускового материала. Лётки устанавливаются с таким расчётом, чтобы стекающая с них струя попадала под анод, не задевая периферийных швов, т.к. степень термообработки их к концу обжига все ещё ниже, чем в центре подины. При прямом попадании струи расплава возможно механическое разрушение периферийных швов. Электролит для пуска подготавливают на так называемых ваннах-матках.
К ваннам-маткам действующих электролизных корпусов ОАО РУСАЛ предъявляются следующие требования:
• Срок службы не менее 1 года.
• Отсутствие разрушений подины и протеков расплава в цоколь.