Влияние электролита различного состава на удельный расход образцов обожженных анодов при электролитическом получении алюминия. Дипломная (ВКР). Физика.
🛑 👉🏻👉🏻👉🏻 ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!
Похожие работы на - Влияние электролита различного состава на удельный расход образцов обожженных анодов при электролитическом получении алюминия
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Нужна качественная работа без плагиата?
Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу Без плагиата!
.1.1 Основные механизмы
потерь анода
.1.2 Факторы, влияющие на
удельный расход анода при электролизе
.1.4 Методы определения
удельного расхода анода при электролизе
.2 Техническое описание
экспериментальной установки и методика работы на ней
.2.1 Подготовка оборудования
к эксперименту по расходу анода
.2.3 Обработка полученных
экспериментальных данных
.1 Анализ условий проведения
эксперимента
.1.1 Перечень потенциально
опасных и вредных факторов
.1.2 Физико-химическая и
токсикологическая характеристика веществ
.1.3 Характеристика помещения
для проведения работ
.2 Мероприятия по защите от
выявленных опасных и вредных факторов
.2.1 Технические и
организационные мероприятия
.2.3 Противопожарные меры
безопасности
. Смета затрат на проведение
научно-исследовательской работы
.1 Экономическое обоснование
научно-исследовательской работы
.2 Сетевая модель
научно-исследовательской работы
.3.1 Стоимость оборудования и
материалов
.3.3 Отчисления на социальное
страхование
При электролитическом получении алюминия происходит непрерывный расход
угольных анодов, доля стоимости которых в себестоимости алюминия составляет
15-17 % от общей структуры затрат.
Как известно, теоретический расход углерода при электролизе алюминия
составляет 334 кг/т Al. На сегодняшний
день лучшие показатели по расходу анода достигнуты на зарубежных предприятиях.
Эти показатели имеют следующие значения: для электролизеров с обожженными
анодами составляют 390 кг/т Al, а
для электролизеров с анодами Содерберга с боковым и верхним токоподводом - 430
и 493 кг/т Al соответственно, что значительно
превосходит теоретический расход углерода анода. На КрАЗе для электролизеров с
верхним токоподводом расход углерода еще выше и составляет 530 кг/т Al, что означает и более высокую долю
стоимости анодов в себестоимости алюминия по сравнению с зарубежными аналогами.
Установлено, что повышение расхода анода на 1 кг /т Al приводит к увеличению стоимости
производства алюминия примерно на 2 US$/т Al. Таким образом, по сравнению с
лучшими зарубежными показателями стоимость 1 тонны алюминия на КрАЗе выше на
(530 - 493) · 2 = 74 US$
или примерно на 2050 рублей, только за счет более высокого расхода анода. Такие
высокие затраты обуславливают необходимость поиска эффективных путей снижения
удельного расхода угольных анодов.
Одним из путей решения этой проблемы на мой взгляд является исследование
влияния на расход анода различных характеристик и условий, в которых происходит
электрохимический процесс, и затем подбор свойств анода и установление таких
параметров электролиза, которые бы приводили к снижению расхода анода без
ухудшения других технико-экономических показателей.
К основным факторам, влияющим на расход анода, можно отнести его
плотность, прочность, реакционную способность, газопроницаемость, содержание
примесей, состав электролита и др. На сегодняшний день для изучения влияния
перечисленных факторов на удельный расход углерода используют два способа.
Первый способ заключается в наблюдении за параметрами работы промышленных
электролизеров, а затем на основе полученных статистических данных делается
анализ, позволяющий выявить влияние различных промышленных факторов и свойств
анода на его расход. Недостатком данного способа является длительность
исследования (от 6 месяцев и более) и трудность оценки влияния конкретного
фактора на показатели работы электролизера (в данном случае на удельный расход
углерода), в силу того, что алюминиевый электролизер представляет собой
довольно сложную систему, на состояние которой влияют очень многие факторы и
условия.
Второй способ заключается в испытании образцов, изготовленных в
лабораторных условиях, с помощью стандартных методов анализа, включающих в себя
изучение реакционной способности в токе СО 2 и воздуха. Недостатком
этого способа является то, что используемые методы анализа не включают тесты на
электрохимическую активность анода, т.е. на удельный расход анода
непосредственно при электролизе в криолитоглиноземном расплаве. Поэтому на
данные, полученные указанным образом, нельзя опираться при прогнозировании
расхода анода.
Недостатки обоих способов послужили причиной создания универсального
способа прогнозирования удельного расхода анода, который совмещает в себе как
быстроту проводимых исследований, так и имитацию основных процессов,
происходящих в промышленной ванне.
Целью данной дипломной работы является исследование влияния электролита
различного состава на удельный расход образцов обожженных анодов при
электролитическом получении алюминия.
Исследование образцов анодных блоков на данной экспериментальной
установке даст возможность определить, в какой степени удельный расход углерода
зависит от свойств исходного сырья, рецептуры и технологии приготовления
обожженных анодов.
Испытание на экспериментальном комплексе достаточно большого количества
анодных образцов с различными свойствами, изменяющимися в широком диапазоне,
дает возможность в дальнейшем вывести математическое уравнение для расчета
удельного расхода обожженного анода. Это уравнение позволит прогнозировать
эффективность или убытки при использования анодов различного качества.
Помимо этого, экспериментальная установка позволяет определить
зависимость расхода углерода не только от качества анодов, но и от свойств и
состава используемого электролита, а это в еще большей степени подтверждает
необходимость проведения данной научно-исследовательской работы.
.1.1 Основные механизмы потерь анода
Угольные аноды, используемые в ваннах Эру-Холла, могут быть монолитными
телами, которые обжигаются теплом, образованным в ванне (аноды Содерберга), или
состоять из нескольких угольных блоков, обожженных вне ванны (обожженные
аноды). Практически все производители алюминия в последнее время перешли или
переходят на использование технологии обожженных анодов. Однако используемое
сырье и механизмы расхода обожженных анодов подобны таковым для анодов
Содерберга.
На рис. 1.1 представлена структура расхода анода:
Рисунок 1.1 - Структура расхода анода
Стоимость анодов составляет 15-17 % от себестоимости алюминия, поэтому
снижение потерь углерода особенно важно. На сегодняшний день большинство
зарубежных заводов для производства алюминия используют электролизеры с
обожженными анодами, для которых расход углерода составляет 0,4-0,45 кг С/кг
Al, в то время как на российских заводах превалируют самообжигающиеся аноды,
расход которых больше, чем обожженных и зачастую превышает 0,5 кг С/кг Al [1].
На практике анод расходуется по электрохимическим, химическим и
механическим процессам. Рассмотрим в отдельности каждый из них.
Большая часть анода расходуется непосредственно на электролитический
процесс. Во время электролиза из растворенного в криолите глинозема атомы
кислорода разряжаются на поверхности анода и реагируют с горячим углеродом с
образованием первичного продукта СО 2 , который покидает окрестность
электрода в виде газовых пузырей. Электролитический процесс может быть
представлен реакцией:
Al 2 O 3(раств) + 3C (анод) = 4Al (ж) +3CO 2(газ)
(970 o C) (1.1)
Также вероятно, что первичным продуктом может также быть СО согласно
реакции:
2 O 3(раств)
+ 3C (анод) = 2Al (ж) + 3CO (газ) (970 o C)
(1.2)
Если реакция (1.2) происходит, то в этом случае анод расходуется вдвое
быстрее, чем по реакции (1.1). Однако первичное образование СО происходит
только при очень низкой плотности тока (0,1-0,3 А/см 2 ). При
плотностях тока применяемых в промышленности (0,6-1,3 А/см 2 )
преобладает первичное образование газа СО 2 .
Образование газа СО возможно за счёт взаимодействия между диоксидом
углерода и углеродом (реакция Будуара), представляется реакцией:
Эта реакция может иметь место на поверхности анода ниже уровня
электролита, в порах анода и на частицах углерода в расплаве. Скорость этой
реакции удваивается при повышении температуры на каждые 40 ºС выше 800 ºС.
Гидравлическое давление электролита в сочетании с пористой природой
анодов приводит к проникновению электрохимически образованного СО 2
внутрь анода. Там он взаимодействует в основном с коксом из связующего и более
пористым коксом (если анод плохо прокален).
Термодинамическая вероятность реакции Будуара наступает при температурах
выше 700 ºС: ΔG о = -171,642 - 0,1737Т кДж/моль. При температуре выше
930 о С равновесие реакции (1.3) полностью сдвинуто вправо и ее
скорость примерно удваивается от 960 о С к 1000 о С.
Первичное выделение газа СО 2 в процессе электролиза и
температура процесса около 970 о С означают, что реакция (1.3) может
происходить на аноде в электролизере. Однако, утверждается, что во время
электролиза анодная поверхность, контактирующая с электролитом, защищена от
этих химических атак, хотя механизм защиты не ясен. Тем не менее анод - это
пористая структура и электролитически образующийся СО 2 может
заполнять объем электрода через поверхность анод-электролит, где будет
происходить реакция Будуара (1.3). Исследования показали, что реакция (1.3)
хорошо происходит внутри анода на расстоянии 5-10 см от подошвы.[2] Реакция
вносит значительный вклад в превышение расхода: по приближенным расчетам из-за
образования СО по реакции (1.3) увеличение перерасхода составляет 2-10 % (9-45
кг/т Al) от общего расхода, а для анодов
Содерберга этот вклад может быть выше, чем на 10 % (50 кг/т Al). На рис. 1.2 представлена схема
процессов, связанных с расходом углерода. [2]
Реакция «воздушного горения» происходит на верхних и не- защищенных
сторонах анода. Горячая поверхность электрода контактирует с окружающим
воздухом с образованием газообразных оксидов углерода по реакциям (1.4) и
(1.5):
С (анод) + О 2(газ) =СО 2(газ) (1.4)
С (анод) + О 2(газ) =2СО (газ) (1.5)
Температура на верхней поверхности обожженных анодов может колебаться от
200 до 700 о С, точная температура зависит от положения анода и
состояния ванны.
Отношение первичных продуктов реакций (1.4) и (1.5) СО/СО 2
очень резко возрастает с увеличением температуры. Было рассчитано, что
равновесное соотношение СО/СО 2 при 400 о С около 0,2, а при
550 о С превышает 1. Это говорит о том, что реакция (1.4) преобладает
при низких температурах, а вероятность реакции (1.5) в большей мере возрастает
при высоких температурах.
Примерные величины вклада реакции горения на воздухе к общему расходу
анода находятся в пределах 8 - 15 и 4-5 % на электролизерах с обожженными
анодами и Содерберга соответственно.[2]
Электрохимически образованный СО 2 может также реагировать с
восстановленными частичками металла в электролите:
Al (раств) + 3CO 2(газ) = 2Al 2 O 3(раств)
+ 3C (пена) (1.6)
Al (раств) + 3CO 2(газ) = 2Al 2 O 3(раств)
+ 3CO (газ) (1.7)
Na (раств) + 3CO 2(газ) = 3Na 2 O (раств)
+ 3CO (газ) (1.8)
Эти реакции не приводят к первичному расходу углерода, но они будут
увеличивать расход анода на тонну производимого алюминия, так как реакции
(1.6-1.8) расходуют металл, полученный электролитическим путем.
Типичный электролитический процесс включает в себя от 75 до 90 % общего
расхода анода. Около 12 % от этого расхода приходится на потерю тока с металлом
по реакциям (1.6-1.8). В табл. 1.1 представлены количественные показатели
влияния выхода по току на дополнительный расход углерода за счёт реакции 1.8.
[2]
Таблица 1.1 - Влияние выхода по току на дополнительный расход углерода
Пенообразование - это физические потери частиц углерода с поверхности
анода.
Различная реакционная способность кокса-связующего и кокса-наполнителя
ведёт к избирательному окислению кокса-связующего.
В результате селективного окисления связи вещества связующего будут
разрушены и в этот момент частицы отделяются от анода. Турбулентное воздействие
анодных газов в пространстве расплав - анод будет способствовать отрыву
слабосвязанных частиц с большей скоростью, чем если бы они отрывались под
действием своего собственного веса. Этот механизм потерь называется
пенообразованием и характеризуется отрывом частиц, которые уже не потребляются
электрохимически и всплывают на поверхность электролита. Угольная пена
образуется преимущественно за счёт окисления кокса из связующего по реакции
Будуара, так как температура обжига этого кокса составляет 960-1000 о С,
тогда как температура обжига кокса-наполнителя - около 1250 о С.
Масса СО 2 , поступающая внутрь тела анода и «уничтожающая» кокс из
связующего, зависит от объема, распределения и диаметра пор.
На рис.1.2 схематически представлен механизм селективного горения. [1]
Рисунок 1.2 - Механизм селективного горения анода
Масса пены, производимая анодом, точно не известна, однако, установлено:
) скорость реакции выгорания кокса из связующего зависит от наличия
ингибиторов или катализаторов окисления по реакции Будуара. Такими веществами в
анодной массе являются:
катализаторы (железо, ванадий, натрий, кальций и др.);
) скорость реакции выгорания кокса из связующего зависит от доли
поверхности анода, доступной для фильтрации СО 2 внутрь анода. В свою
очередь, чем хуже смачивается анод электролитом, тем больше эта доля. Она
увеличивается при введении в расплав фторидов лития, кальция и магния, а также
с уменьшением концентрации глинозема;
) избирательность окисления кокса из связующего зависит от анодной
плотности тока. Чем больше плотность тока (в промышленном диапазоне), тем
равномерней расходуется анод и тем меньше выход пены. Можно полагать, что при
малой смачиваемости анода электролитом плотность тока будет больше, а расход -
меньше;
) частицы углерода на подошве анода достаточно слабо связаны с матрицей,
в результате чего повышение скорости движения электролита и даже металла
«сбивает» угольные частицы, переводя их в электролит;
) угольная пена образуется не только за счет отделения крупинок
наполнителя после окисления кокса из связующего, но и путем производства внутри
электролита по реакции:
Al (раст.) + 3CO (раст.) = Al 2 O 3(раст.) + 3С (т) (1.9)
В результате чего получается в основном мелкодисперсный углерод;
) угольная пена поступает в электролит как «валовый» продукт при
взаимодействии бортов анода с кислородом воздуха (выше уровня электролита), а
также ниже уровня электролита при селективном окислении растворенными в
расплаве кислородом воздуха и углекислым газом (плотность тока вдоль бортов
анода много меньше, чем на подошве, и здесь сильнее выражена селективность
окисления);
) рост температуры электролиза (и анода) повышает скорость реакции
селективного окисления и, следовательно, пенообразования;
) необоснованно завышенная плотность тока в аноде увеличивает термические
напряжения в композитном материале анода, приводя к развитию термических
напряжений, растрескиванию анода и повышению пенообразования, как показал опыт
Братского алюминиевого завода;
) сернистые коксы имеют большую окисляемость и осыпаемость. При
увеличении содержания серы на 1% расход анода увеличивается на 1,2%;
) повышение зольности анодной массы на 0,1% приводит к увеличению расхода
анода на 2,5-3%;
) при увеличении доли мелких фракций в аноде расход углерода
увеличивается на 2,5% на каждые 10% увеличения доли мелких фракций. [3]
На рис. 1.3 представлена схема процессов, связанных с расходом углерода.
Рисунок 1.3 - Схема процессов, связанных с расходом углерода
Механизм этих потерь по реакции окисления (1.9) носит электрохимическую и
химическую природу. Приближенно пенообразование составляет порядка 1-10 % от
общего расхода анода.
Пенообразование приводит к нарушению технологии за
счет:
) увеличения себестоимости производства за счет
повышения расхода углерода;
2) уменьшения выхода по току за счет изолирующего эффекта, который
повышает температуру ванны;
3) увеличения числа анодных эффектов за счет
уменьшения скорости питанием глиноземом;
) увеличения трудозатрат за счет съёма угольной пены;
5) увеличения стоимости передела, поскольку электролит теряется при
снятии пены.
Расход промышленных анодов - это комплексный процесс, состоящий из
нескольких механизмов, действующих в различных зонах. Такая комплексность
усложняет разделение вкладов каждого механизма в общий расход. В табл. 1.2
представлены данные, отражающие примерный расход обожженного и
самообжигающегося анода при верхнем токоподводе по различным механизмам [3].
Таблица 1.2-Статьи расхода углерода
Избыточный расход при
окислении кислородом воздуха
Не прореагировавшая
(«товарная») пена
Реакция анода с примесями
(сера и металлы), потери с огарками
1.1.2 Факторы, влияющие на удельный расход анода при
электролизе
Влияние качества анодов на их расход при электролизе
Длительная работа алюминиевых электролизеров и высокие
технико-экономические показатели процесса электролиза во многом определяются
качеством углеродистых анодов и их расходом при электролизе.
К требованиям, предъявляемым к качеству обожженных анодов, относят ряд
характеристик, значения которых зависят от свойств углеродистого сырья, а также
от технологии изготовления «зеленых» и обожженных анодов.
В табл. 1.3 представлены показатели качества обожженных анодов по данным
действующих технических условий ТУ 48-5-148-84 «Блоки анодные обожженные для
алюминиевых электролизеров», типичные свойства анодов фирмы «R&D Carbon Ltd» и некоторые характеристики промышленных образцов
анодов отечественных (САЗ, НЭЗ) заводов.
Таблица 1.3-Показатели качества обожженных анодов [4-6]
Истинная плотность, не
менее, г/см 3
Удельное
электросопротивление, не более, мкОм∙м (Ом∙мм 2 /м)
окисляемость, не более,
мг/(см 2 ∙ч)
осыпаемость, не более,
мг/(см 2 ∙ч)
Одним из основных факторов, влияющих на качество обожженных анодов,
являются свойства углеродистого сырья, используемого для изготовления анодов.
Многочисленными исследованиями отечественных и зарубежных ученых установлено
влияние свойств сырья нефтяного прокаленного кокса-наполнителя и
пека-связующего на качество анодной массы и обожженных анодов, а также
разработаны требования к углеродистому сырью, которые обеспечивают высокое
качество анодной продукции [4-10].
В табл. 1.4 представлены требования к прокаленному нефтяному коксу для
изготовления обожженных анодов.
Таблица 1.4-Требования к качеству прокаленного нефтяного кокса
Удельное
электро-сопротивление, мкОм∙м
Коэффициент термического
расширения, 10 -6 /К
Как видно из табл. 1.4, все производители регламентируют значения
плотности (действительной и насыпной) в примерно одинаковых пределах D И = 2,05÷2,09 г/см 3 и D H =
0,78÷0,84 г/см 3 .
В этих пределах обеспечиваются достаточная плотность и прочность анодов, а
также их реакционная стойкость. На рис. 1.4 показано влияние истинной
(действительной) плотности на окисляемость и осыпаемость анодов в токе СО 2 ,
которое заметно увеличивается при снижении D И менее 2,05 г/см 3 и увеличении выше 2,10 г/см 3
[7].
Рисунок 1.4-Зависимость окисляемости ОК и осыпаемости ОС анодов в токе СО 2
от истинной плотности кокса D И [9]
Влияние примесей в аноде на их удельный расход при электролизе
Высокое содержание золы в коксах, а также микропримесей в золе не только
влияет на сортность алюминия, но и оказывает каталитическое воздействие при
окислении углерода. На рис. 1.5 приведена зависимость расхода анода при
электролизе от содержания золы в нем.
Рисунок 1.5 - Зависимость расхода анода Р a при электролизе от содержания золы в коксе З
Практически все примеси содержащиеся в золе, кроме Si и Al, ускоряют процессы окисления и увеличивают расход анода при
электролизе. В табл. 1.5 представлены данные по влиянию различных примесей на
реакции горения углерода. [2]
Таблица 1.5-Влияние примесей на реакции горения углерода
К - катализатор, И -
ингибитор, П - пассивен, с - сильный, у - умеренный, в-вялый
Высокое содержание ванадия, натрия, никеля, серы в коксе наиболее сильно
сказывается на чувствительности анода к окислению на воздухе и в токе СО 2 .
Влияние плотности тока на удельный расход анодов
Анодная плотность тока напрямую связана со спецификой анодного расхода.
Установлено, что увеличение плотности тока отражается в уменьшении расхода
анода, хотя упоминается и обратная зависимость. Различия в расходе в
зависимости от плотности тока могут быть связаны со степенью протекания каждой
из двух предложенных реакций (1.1, 1.2). [2]
На рис. 1.6 представлена зависимость расхода анода от плотности тока
различных исследователей
Рисунок 1.6 - Зависимости расхода углерода от анодной плотности тока,
взятые из литературных данных: 1 - Ветюков с сотр. [14]; 2 - Ведерников и
Ветюков [15]; 3 - Barat с сотр.
[16]; 4 - Ветюков и Ведерников [17]; 5 - Ревазян [21]; 6 - Смородинов с сотр.
[22]; 7 -Hume с сотр. [19].
Ветюков и др. [14] исследовали зависимость общего расхода углерода от
анодной плотности тока. Они предположили, что газифицировавшийся углерод был
равен теоретическому расходу, т.е. 0,112 г/(А-ч). Угольная пена была определена
посредством дробления твёрдого электролита после эксперимента и выжигания
угольной пены при 700 °С. Это могло завысить результаты, так как при такой
температуре может уже достаточно интенсивно испаряться твердый электролит.
Плотность тока при проведении экспериментов изменялась в диапазоне 0,7-1,5 А/см 2 .
Авторы [14] выяснили, что получается 0,0309 г пены/(А-ч) при анодной плотности
тока 1,0 А/см 2 , т.е. осыпаемость составила 27 %. Ведерников и
Ветюков [15], Barat с сотр. [16], Ветюков и Ведерников
[17] и Hume с сотр. [18] также изучали влияние
анодной плотности тока на расход анода, используя различные анодные материалы.
В целом было определено, что увеличение плотности тока приводит к уменьшению
расхода углерода, исключая Ревазяна, Смородинова и Коробова, которые нашли
минимум в расходе анода при 0,98-1 А/см 2 для промышленных
электролизёров. Зависимость такого типа может быть объяснена следующим образом:
при низкой плотности тока происходит неравномерное окисление анода, что
объясняется различиями в реакционной способности гетерогенной поверхности
анода, так что некоторые зоны расходуются намного быстрее, чем другие, более
пассивные участки. Это приводит к физическому разрушению анода. Значит, низкая
плотность тока увеличивает тенденцию пенообразования. Пенообразование приводит
к более высокой скорости расхода анода и всегда вероятно образование СО при
очень низких плотностях тока. Как только плотность тока увеличивается,
пассивные участки анода становятся активными, и начинается более равномерный
расход анода. При дальнейшем увеличении плотности тока (выше минимального
расхода) на аноде становится высокой термическая нагрузка и в игру вступают
другие силы, такие как горение на воздухе боковых сторон и из-за этого расход
будет расти.
На рис. 1.7 показана зависимость расхода обожжённых анодов двух типов от
плотности тока [19]
Рисунок 1.7 - Зависимость расхода углерода от плотности тока для
материалов обожжённых анодов: а) анод А, б) анод В. 1 - общий расход анода
(СС); 2 - газифицировавшийся углерод (CG)
На нем изображено различное поведение анодов, особенно при низких
плотностях тока. Использованные два анода изготавливались из одного и того же
пека, но из разных нефтяных коксов. Кокс анода В имел более высокое содержание
примеси натрия, чем анод А (103 ррm Na и 61 ppm Na соответственно).
Влияние температуры на расход анода
Увеличение температуры электролиза на каждые 10 о С приводит к
увеличению расхода примерно на 2 %, эти результаты были подтверждены заводскими
испытаниями [2]. Увеличение расхода может быть частично связано с
неоднородностью электрохимического окисления и частично с увеличением окисления
в токе СО 2 . Для реакции (1.7 - 1.8) было обнаружено, что небольшое
увеличение температуры анода (на 50 о С) оказывает огромное влияние на
скорость окисления, так что скорости горения слабо - и высоко - активных
частичек анода становятся одинаковыми.
Это значит, что температура поверхности анода играет главную роль в
окислении анода на воздухе. На лабораторных испытаниях образцов анодов на
реакцию Будуара продемонстрировано, что увеличение температуры от 950 до 1000 о С
приводит к примерно увеличению скорости на 50 % реакции с СО 2 . [2]
Влияние солевых добавок в электролите на расход анода при получении
алюминия
При промышленных испытаниях различных режимов электролиза было замечено,
что расход анода зависит от состава электролита. На этот факт обратили внимание
исследователи [11-13].
В данной работе представлены результаты промышленных
исследований влияния добавок в электролит NaCl, MgF 2 и CaF 2 , а также криолитового отношения на расход анода при
электролизе.
Исследование влияния состава электролита на расход
анода проводили на четырех однотипных электролизерах с одинаковым сроком службы
(2 года ±3 месяца).
Из полученных данных (рис. 1.8, 1.9) следует, что
увеличение криолитового отношения и введение в электролит NaCl ведут к некоторому снижению расхода
анодной массы. Введение в электролит фторидов магния и кальция приводит к
увеличению расхода анодной массы. Полученные промышленные данные подтверждают
результаты лабораторных исследований [13].
Рисунок 1.8-Зависимость расхода анода от содержания
солевых добавок электролите: 1 - NaCl; 2 - MgF 2 ; 3 - CaF 2
Рисунок 1.9-Влияние криолитового отношения электролита
(1) и содержания СО 2 в анодных газах (2) на расход анода
Данные о влиянии состава электролита на расход анода
качественно подтверждаются результатами анализа анодных газов (рис. 1.9, 1.10).
При увеличении криолитового отношения электролита и введении NaCl содержание СО 2 в анодных
газах возрастает, добавки фторидов кальция и магния действуют в противоположном
отношении. Позднее было замечено, что существует параллелизм между влиянием
добавок на расход анода и межфазным натяжением на границе электролит - анод. С
учетом этого вырисовывается следующий механизм влияния состава электролита на
расход анода.
Рисунок 1.10-Влияние солевых добавок на содержание СО 2
в анодных газах: 1 - NaCl; 2 - MgF 2 ; 3 - CaF 2
Образующийся при распаде углерод-кислородных
комплексов газ, состоящий из СО и СО 2 , собирается в относительно
крупные пузырьки и выделяется из-под анода. Однако часть газа остается в
многочисленных углублениях, имеющихся на подошве анода, где образование
пузырьков газа меньше. Наличие разрозненных газовых включений на подошве анода
приводит к неравномерному его сгоранию. Быстрее сгорают незащищенные газом
участки. Если анод хуже смачивается электролитом, то он лучше смачивается
газом. В этом случае пузырьки газа в углублениях удерживаются и неравномерность
сгорания анода усиливается. В случае хорошего смачивания анода электролитом
последний вытесняет газовые пузырьки из углублений, и анод горит равномернее.
Таким образом, добавки в электролит, уменьшающие межфазное натяжение,
способствуют более равномерному сгоранию анода и уменьшению расхода углерода. К
таким добавкам относятся хлориды и фториды щелочных металлов.
Добавки фторидов алюминия, кальция и магния, увеличивающие межфазное
натяжение на границе электролит - анод, вызывают неравномерное сгорание анода и
повышенный расход углерода. Для уменьшения расхода анода необходимо повышение
криолитового отношения до 2,90-2,95 при содержании в электролите 2,5-4,0 % NaCl
(по массе) [13].
В течение многих последующих лет исследования влияния солевых добавок в
электролит на удельный расход анода не проводились.
Как известно, теоретический расход углерода при электролизе алюминия,
согласно основной реакции процесса, составляет 333,87 кг/т Al. На практике расход углерода в
электролизерах с обожженными анодами (ОА) примерно составляет 0,39 кг С/кг Al [23], что значительно превосходит
теоретический расход углерода анода.
Усилия многих компаний направлены на дальнейшее снижение практического
расхода углерода и, чтобы добиться в этом направлении хороших результатов,
необходимо узнать, как и в какой мере, тот или иной технологический фактор
влияет на расход анода, а затем на основе полученных знаний попытаться вывести
соответствующую математическую формулу.
В производстве ОА накоплен значительный объем данных о влиянии
эксплуатационных характеристик анода на его расход. В частности, установлено,
что повышение температуры электролита на 10°С дает увеличение удельного расхода
анода на 12 кг, а повышение CRR на
10 % увеличивает его удельный расход на 17 кг. Подобные зависимости определены
и для других показателей ОА. Это позволило специалистам R&D Carbon на основе широкомасштабной промышленной проверки
предложить формулу для расчета удельного расхода ОА в зависимости от их
карбоксиреактивности и других эксплуатационных характеристик и основных
технологических параметров [22]:
NC = C + 334/CE + 1,2(BT - 960) - 1,7CRR + 9,3AP + 8TC -
1,5ARR(1.10)
где NC - удельный расход углерода «нетто»
для ОА, кг/т Al (400-500);
С - фактор конструкции электролизера (270-310);
- теоретический расход углерода, кг/тAl;
ВТ - температура электролита, °С (945-980);
CRR -
остаток от горения в СО 2 , % (75-90);
AP -
газопроницаемость, нП
Дипломная (ВКР). Физика.
Реферат: Понятие налогового долга и налогового залога
Реферат: Анализ расходов торговой организации на материалах Краснозёрского районного Потребительского об
Почему Комедию Назвали Горе От Ума Сочинение
Сочинение Быть Самим Собой Примеры
Контрольная работа по теме Оценка структуры распределения ВВП Республики Беларусь по кварталам 2010 г.
Реферат по теме Традиции старообрядческого церковного пения. Формы реализации богослужебного репертуара
Реферат: Critical Analysis Of Oleanna Essay Research Paper
11 Кл Сочинение Забвению Не Подлежит
Курсовая Работа На Тему Организация Технического Обслуживания И Текущего Ремонта Автомобилей
Уровень И Качество Жизни Населения Курсовая Работа
Сочинение На Тему Молодой Киевлянин
Сочинение: Продюсер як суб’єкт мистецької сфери
Реферат: Статистический анализ динамики услуг в районе
Курсовая работа по теме Физический смысл процессов набухания глинистых грунтов, их практическое значение для инженерно-геологической оценки
Владельцы Капитала Будут Стимулировать Эссе
Реферат по теме Культура исламской цивилизации
Реферат: Buying A Pc Essay Research Paper In
Контрольная Работа Члены Предложения 5 Класс
Контрольная Работа На Тему Безопасность Жизнедеятельности
Сочинение Пора Детства
Изложение: Сказание о Сохрабе
Похожие работы на - Функции вегетативной нервной системы
Похожие работы на - Виконання тематичної композиції молодшими школярами