Основное сырьё и материалы, используемые в электролизном производстве

Три состояния вещества

Физические тела существуют в трёх состояниях: твёрдом, жидком и газообразном. К твёрдым телам относятся тела, способные сохранять свою форму и объём. Дерево, стекло, гранит, сталь, алюминий – твёрдые тела. Чтобы разрушить твёрдое тело, изменить его форму, нужно приложить некоторое усилие.

К жидким телам (жидкостям) относятся тела, имеющие определённый объём, но неспособные сохранять определённую форму. Вода, бензин, спирт, машинное масло – жидкости. Жидкость приобретает форму сосуда, в котором она находится. Чтобы изменить форму жидкости, достаточно перелить её в сосуд, имеющий другую форму.

К газам относятся вещества, не имеющие ни определённой формы, ни определённого объёма. Воздух, водород, хлор, кислород – газы. Под действием внешних сил газы легко сжимаются. Если внешние силы на газы не действуют, то они расширяются и стремятся занять, возможно, больший объём.

Есть вещества, которые могут находиться в твёрдом, в жидком и в газообразном состоянии. Вода при охлаждении превращается в лёд, затвердевает. При нагревании она превращается в пар. Повышая температуру железа или алюминия, можно превратить их в жидкости (расплавить), а затем и в пары. Некоторые вещества, как дерево, бумага, при сильном нагревании обугливаются, или воспламеняются, поэтому в жидкость и пар их превратить нельзя.

Обозначение химических элементов. Химические формулы

Для обозначения различных химических элементов ещё в начале прошлого века были приняты начальные буквы их латинских названий. Короче и удобнее заменить слова «атом кислорода» или «атом алюминия» отдельными буквами. Для кислорода это будет буква О, для алюминия – две буквы: AL.

Химические соединения, в производстве алюминия, их формулы и произношение

Название	Обозначение	Произношение
Алюминий	AL	Алюминий
Кислород	O	О
Углерод	C	Це
Натрий	Na	Натрий
Фтор	F	Фтор
Железо	Fe	Феррум
Кремний	Si	Силиций
Хлор	CL	Хлор
Кальций	Ca	Кальций
Медь	Си	Купрум
Цинк	Zn	Цинк

Формула	Наименование	Произношение
AL₂О₃	Глинозём	алюминий два о три
Na₃ALF₆	Криолит	натрий три алюминий фтор шесть
ALF₃	Фтористый алюминий	алюминий фтор три
NaF	фтористый натрий	натрий фтор
СO₂	Углекислый газ	це о два
СО	Угарный газ	це о
Nа₂СO₃	Сода	натрий два це о три
AL₄Сз	Карбид алюминия	алюминий четыре це три
Fe₂O₃	Окись железа	феррум два о три
SiO₂	Окись кремния	си о два
Н₂O	Вода	аш два о
CaF₂	Фтористый кальций	кальций фтор два

Состав промышленного электролита

В промышленном электролите всегда присутствует фтористый кальций CaF₂, снижающий температуру плавления и уменьшающий потери алюминия.

Электролит в расплавленном состоянии диссоциирует на ионы: положительно заряженные ионы (катионы) разряжаются на катоде, отрицательные ионы (анионы) на угольном аноде. Основной процесс на катоде – восстановление трёхвалентного алюминия:

Al³⁺+3e =Al

Назначение:

· служит для прохождения электрического тока от анода к катоду;

· растворение глинозёма;

· физическое разделение катодного алюминия и выделяющегося на аноде СО и СО₂.

Требования к электролиту:

· минимальное содержание примесей Fe, Si, Zn, Cu и др., которые, снижают сорт AL.

· электролит должен хорошо, без осадка растворять глинозём;

· плотность электролита должна быть, как можно меньше плотности алюминия;

· электролит должен иметь хорошую электропроводность и низкую температуру плавления. При снижении температуры электролита – плотность его повышается, при повышении температуры электролита – плотность его снижается.

Состав электролита:

· Na₃ALF₆ – криолит до 85%;

· AL₂O₃ – глинозём 2 – 8% при поточной обработке, 2 – 4% при АПГ;

· ALF₃ – фтористый алюминий до 10%;

· CaF₂ – фтористый кальций до 7,5%.

Плотность промышленного электролита при температуре технологического процесса (950–960 градусов С) составляет 2,1 г/см³ (жидкое состояние), при температуре 20 градусов С – 2,9 г/см³ (твёрдое состояние).

Плотность алюминия при температуре технологического процесса (950–960 градусов С) составляет 2,3 г/см³ (жидкое состояние),при температуре 20 градусов С – 2,7 г/см³ (твёрдое состояние).

Температура плавления алюминия – 660 градусов С, температура кипения алюминия – 2500 градусов С.

Криолитовое отношение электролита

Молярное отношение 3NаF к ALF₃ называется криолитовым отношением.

КО = 3NaF/ALF₃

Внешние признаки проб электролита на КО

Цвет пробы	Электролит	КО, значение
Белая	Кислый (с избытком ALF₃)	меньше 3
Матовая белая	Нейтральный	3
Голубая	Щелочной (с избытком NaF)	больше 3

На электролизёрах с СОА (корп. № 1 – 6, № 9 – 23) КО = 2,30, на электролизёрах с ОА (корп. № 7,8,26) КО = 2,30 – 2,32. При снижении КО электропроводность электролита ухудшается.

глинозём (al₂o₃)

Назначение: основной расходный материал, который растворяется в электролите, подвергается электролитическому разложению с получением алюминия и анодных газов, предназначен для теплоизоляции и герметизации электролизёра, находясь на корке электролита. Укрывает ОА, предотвращая их окисление, является адсорбентом фторидов в «сухой» газоочистке.

Виды глинозёма:

· песчаный глинозём;

· мучнистый глинозём;

· фторированный глинозём (поступает с 1–й ступени сухой газоочистки).

Глинозём получают из руд, содержащих глинозём – бокситов, нефелинов, алунитов и др. Для производства алюминия применяют глинозём высших марок: Г – 000, Г – 00, Г – 0.

Требования к глинозёму:

· хорошая растворимость в электролите, без образования осадка;

· минимальное содержание вредных примесей, снижающих сорт алюминия;

· низкая степень пыления, т.е. минимальное содержание мелкой фракции;

· хорошая текучесть (глинозём приходиться транспортировать – «раскачивать» в узлы заправки, загружать в бункера АПГ). Типичный диапазон содержания фракций:

· – 45 мкм: 5 – 30 % (может достигать 50%);

· + 150 мкм: 1 – 6 % (может достигать 30%).

Расход глинозёма в ОАО «РУСАЛ Красноярск»: 1930±30 кг для производства 1 тонны алюминия.

Криолит

Na₃ALF₆ или 3NaF • ALF₃

Назначение: для растворения глинозёма, поэтому он и является основой промышленного электролита. Вторичный криолит применяют для наплавления уровня электролита на электролизёре.

Свойства криолита

· криолит является относительно хорошим растворителем для глинозёма;

· имеет более высокое напряжение разложения, чем оксид алюминия;

· имеет хорошую электропроводность в расплавленном состоянии;

· приемлемая температура плавления (» 1000 градусов С);

· криолит не реагирует с алюминием и углеродом;

· плотность криолита в расплавленном состоянии ниже, чем плотность жидкого алюминия.

В «РУСАЛ Красноярск» (КрАЗ) применяется только вторичный криолит:

· ВРК – вторичный регенерированный криолит производят в УПФСиПУ из газообразных и твердых отходов газоочистки.

· ВФК – вторичный флотационный криолит производят в УПФСиПУ, из угольной пены методом флотации.

· смешанный криолит: 50% ВРК + 50% ВФК производят в УПФСиПУ.

Требования к криолиту: F не более 43%, Na не более 30%, SiO ₂ не более 1,0%, Fe ₂ O ₃ не более 1,0%, H ₂ O не более 1,5%, С не более 1,5%.

Расход вторичного криолита в ОАО «РУСАЛ Красноярск»: 22 кг для производства 1 тонны алюминия.

фтористый алюминий (alf₃)

Назначение: для корректировки состава электролита, для снижения температуры расплава, добавки ALF₃ снижают КО электролита и позволяют работать на кислых электролитах.

Требования к ALF₃: SiO ₂ не более 0,3%, Fe ₂ O ₃ не более 0,08%, P ₂ O ₅ не более 0,05%, сульфатов (SO ₄) не более 0,5%, ALF ₃ не менее 93%.

Положительное влияние ALF₃:

· снижает температуру плавления электролита;

· снижает растворимость катодного алюминия в электролите;

· повышает выход по току электролизёра;

· уменьшает вязкость и плотность электролита;

· уменьшает смачиваемость угольных частиц в электролите.

Отрицательное влияние ALF₃:

· снижает электропроводность электролита;

· снижает растворимость и скорость растворения глинозёма в электролите;

· повышает летучесть электролита, увеличиваются выбросы HF.

Расход ALF₃ в ОАО «РУСАЛ Красноярск»:25 кг для производства 1тонны алюминия.

фтористый (caf₂)

Назначение: для снижения температуры плавления электролита. Способствует укреплению настылей, снижает потери катодного алюминия.

Требования к CaF₂: CaF₂ не менее 95%, SiO₂ не более 2,5%. S не более 0,2%, CaCO₃ не более 2%.

Положительное влияние CaF₂:

· сильно снижает температуру плавления электролита;

· снижает летучесть электролита;

· смягчает корку электролита;

· повышает выгорание угольной пены;

· снижает растворимость катодного алюминия в электролите.

Отрицательное влияние CaF₂:

· снижает растворимость глинозёма в электролите;

· снижает электропроводность электролита;

· повышает плотность и вязкость электролита.

Расход CaF₂ в ОАО «РУСАЛ Красноярск»: 1,6 кг для производства 1тоны алюминия, 0,8 кг на капитальный ремонт электролизёра.

сода кальцинированная (na₂co₃)

Назначение: для раскисления электролита. Требования к кальцинированной соде: Na₂CO₃ не менее 97%, Fe₂O₃ не более 0,016%, NaCL не более 0,5%, H₂O не более 1%.

Анодная масса

Назначение: для формирования угольного тела анода на электролизёре с самообжигающимся анодом (СОА).

Состав анодной массы:

· кокс нефтяной – наполнитель АМ (анодная масса);

· пек каменноугольный – связующее АМ.

Виды анодной массы:

Технология «сухого» анода предусматривает использование анодной массы на высокотемпературном пеке (ВТП) – с температурой размягчения T = 110 – 120 градусов С следующих типов:

· «сухая корректировочная» – с содержанием ВТП = 26 – 28 %;

· «сухая нормальная» – с содержанием ВТП = 28 – 29 %;

· «подштыревая анодная масса (ПАМ)» – с содержанием ВТП = 38 – 42 %.

Содержание влаги в анодной массе, поступающей в корпуса электролиза, должно быть не более 2,5 %, в подштыревой АМ не более 0,5 %.

Расход анодной массы в ОАО «РУСАЛ Красноярск»: 535 кг на производство 1 тонны алюминия.

Пути снижения расхода сырья

· снижение механических потерь сырья от просыпей при транспортировке и загрузке сырья в электролизёры;

· сокращение излишних запасов сырья и материалов, хранение которых ведёт к ухудшению качества и замораживанию финансов;

· оптимизация технологических параметров ведения процесса электролиза;

· стандартизация выполнения технологических операций по обслуживанию электролизёров. Обучение технологического персонала корпусов Картам пошагового выполнения операций (КПВО);

· внедрение инструментов Бережливого производства:

– 5С – стройной системы организации рабочих мест;

– «Точно в срок» (Канбан);

– «Кайзен» – вовлечение персонала в процесс непрерывных улучшений.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: