Поддержание уровня электролита и корректировка его cocтaвa

Количество жидкого электролита (уровень) и его состав существенно влияют на технико-экономические показатели работы электролизера.

Теоретически составляющие электролита не участвуют в процессе электролиза, а, следовательно, количество электролита в ванне должно оставаться постоянным. Практика работы показывает, что при производстве алюминия наблюдается расход различных составляющих электролита от 35 до 80 кг на 1 т алюминия в зависимости от состояния технологического режима электролизера. Это объясняется поглощением электролита угольной футеровкой; разложением его составляющих примесями, вводимыми с сырьем и с продуктами коксования самообжигающегося анода; улетучиванием и потерями при извлечении угольной пены. Наибольший расход электролита наблюдается в послепусковой период работы электролизера, когда электролитом пропитывается футеровка и интенсивно улетучиваются его составляющие. Повышенный расход составляющих электролита наблюдается и при всех
отклонениях от нормальной работы электролизера.

Необходимый уровень электролита в электролизерах поддерживают, периодически загружая свежий, флотационный или регенерированный криолит, а также оборотный твердый и жидкий электролит. Свежий криолит получают из флюоритового концентрата на специальных заводах, флотационный —при переработке угольной пены методом флотации, регенерированный — в результате переработки растворов газоочистки.

Состав электролита в период эксплуатации также претерпевает различные изменения, например из-за избирательной способности пропитки угольной футеровки фтористым натрием и склонности фтористого алюминия к повышенной улетучиваемости. Заданный состав электролита поддерживают, добавляя фтористый алюминий,
фтористый натрий или соду, каустический магнезит, хлористый натрий, фтористый кальций и фтористый литий. Состав электролита регламентируется рабочей технологической инструкцией.

Составляющие электролита обладают неодинаковыми свойствами и при соприкосновении с расплавом ведут себя по-разному, поэтому их загружают в электролизер различными способами.

Во всех случаях предпочтительнее вводить компоненты электролита в виде брикетов или гранул. Следует помнить, что попадание в расплав холодных или увлажненных компонентов приводит к выбросу расплава.

Кусковой оборотный электролит загружают по периметру шахты ванны преимущественно в местах со слабой настылью, не допуская попадания кусков под анод.

Окомкованный криолит всех видов, фтористый алюминий и необходимые добавки загружают после обработки электролизера на поверхность электролита, предварительно присыпанную горячим глиноземом, и засыпают основным количеством глинозема, что обеспечивает их постепенное прогревание и предохраняет от улетучивания.

Фтористый натрий, обладающий повышенной температурой плавления, загружают небольшими порциями непосредственно в электролит сразу же после анодного эффекта, когда расплавимеет максимальную температуру. Порошкообразный криолит и фтористый алюминий целесообразнее задавать сразу же после выливки алюминия через отверстия в корке электролита непосредственно в расплав. Соду разбрасывают тонким слоем по открытой
поверхности электролита с соблюдением мер предосторожности, так как она обладает повышенной гигроскопичностью.

Разовая загрузка любых компонентов электролита зависит от мощности электролизера и строго регламентируется. Как правило, она не превышает 70 кг. Частота введения компонентов зависит от изменения уровня и состава электролита. Практика работы показывает, что в процессе нормальной эксплуатации больше всего расходуется криолита (для поддержания уровня электролита в заданных пределах) и фтористого алюминия (для корректировки
состава электролита). Потери последнего обусловлены повышенным улетучиванием и разрушающим воздействием примесей Na2О, H2O, SiO2, SО2-4, вводимых с сырьем, а также с продуктами коксования анода.

Одним из широко применяемых в настоящее время прогрессивных методов загрузки фтористых солей для поддержания уровня электролита является питание электролизеров шихтой из предварительно заготавливаемой смеси глинозема и фтористых солей.

При работе по этому методу возможно снизить расход фтористых солей, так как они поступают в электролит более равномерно и предварительно прогретыми до высоких температур на корке электролита.

Отечественная промышленность выпускает криолит в основном с криолитовым отношением 1,5—1,7 и его можно использовать для корректировки электролита. Корректировку фтористым алюминием осуществляют на основании результатов кристаллооптического анализа, производимого через 2—3 дня, и при нормальной работе ванн корректировку проводят ежедневно небольшими порциями. Корректировку состава электролита другими добавками
проводят, как правило, одни раз в месяц на основании данных химического или спектрального метода анализа электролита.

Для осуществления расчета количества корректирующего вещества канд. техн. наук И. П. Гупало приводит следующие формулы.

При корректировании щелочного или недостаточно кислого электролита фтористым алюминием количество его (кг) можно определить по формуле АlF3=2n(K1-K2)/(1/2c +K1K2-1).

При корректировании электролита кислым криолитом при смешении двух электролитов с разным молекулярным отношением состав смеси К3 (молекулярное отношение электролита после смешения) можно найти по уравнению

К3 = аК1(2+К2) +бК2 (2+К1)/[a(2+К2)+б(2 +К1)].

Когда К1 отличается от К2; более чем на единицу, для определения К3 с достаточной степенью точности (±0,05÷0,07) может быть применено правило смешения:

К3 = aK1 + б К2/(a + б).

Необходимое количество NaF(кг) рассчитывают по формуле NaF=n (К2-К1)/[c (2 +К1)].

Расход соды Na2CO3 определяют по формуле Na2CО3=3,8 n(К2-К1)/[c(К1+2) (К2+3)].

В этих формулах приняты следующие обозначения: п— масса корректируемого электролита, кг; K1— молекулярное отношение а: Л1Рз электролита до корректирования; К2— молекулярное отношение а: AlF3, которое необходимо получить; с —содержание вещества в исходном продукте, доли единицы; а и б— масса электролита с молекулярным отношением К1 и К2 соответственно. По криолитовому отношению электролита (К) подсчитывают избыточное содержание фтористого алюминия (сверх содержания в криолите) по формуле, % (по массе):

А1F3== 200:3 [(3 - К)- (2+K)].