Технические науки/1. Металлургия

Суюндиков М.М.

(Павлодарский государственный университет им.С.Торайгырова,

г.Павлодар, Республика Казахстан)

Камзин Ж.Ж.

(АО «Казахстанский электролизный завод»,

г.Павлодар, Республика Казахстан)

ВЛИЯНИЕ СВОЙСТВ ГЛИНОЗЕМА НА ТЕХНИКО-

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОЛИЗА

Были проведены опытно-промышленные испытания двух типов глинозема: рядового марки Г-00 и укрупненного марки Г-00К. С этой целью были выделены две опытные группы по десять электролизеров на АО «Казахстанский электролизный завод».

Укрупненный глинозем с содержанием фракции 45 мкм не более 25% и α-Al₂О₃ 15-16%, как показали испытания, способны образовывать агрегаты (скопления частиц), которые плавают в зоне раздела металл-электролит, т.е. постоянно находятся в зоне наибольшей электрохимической востребованности (растворения), скорость проникновения расплава в укрупненный глинозем выше, чем для рядового. Это подтверждает то, что скорость растворения укрупненного глинозема в 1,5-1,8 раза выше, чем скорость растворения рядового глинозема.

В силу этого, электролизеры первой опытной группы в цикле с переходом на укрупненный глинозем работали практически без осадков. Характерной особенностью криолит-глиноземной корки, сформированной укрупненным глиноземом, является то, что она была рыхлой и постепенно самопроизвольно осаждалась вниз, не нарушая целостности корки. Это означает, что возрастает «подпитка» глиноземом из корки. Особенностью рыхлой криолит-глиноземной корки является то, что она обладая пониженной теплопроводностью, способствовала стабилизации теплового режима электролизера. Кроме того, глиноземная засыпка плотно прилегала к боковой поверхности анода, защищая его от окисления. Осаждение мелкодисперсного глинозема на горизонтальной поверхности анода для укрупненного глинозема было значительно меньше, чем в цикле работы опытной группы ванн на рядовом глиноземе. Испытаниями также показано, что анодные эффекты гасились легче, чем при питании ванн рядовым глиноземом.

Все это способствовало улчшению технологического и энергетического режимов работы электролизеров и ведению процесса электролиза в строгом стабильном режиме [1].

На гидродинамическую обстановку в электролизерах, следовательно, и на показатели их работы, в основном, могли влиять следующие факторы: повышение силы тока и концентрация глинозема в электролите, скорость растворения и предельная растворимость.

В таблице 1 представлены технологические параметры и технико-экономические показатели работы опытных групп электролизеров при использовании различных типов глинозема при одинаковых технологических параметрах.

Таблица 1

№	Параметр	Рядовой	Укрупненный	Разница
1	Сила тока, кА	321,50	321,50	0,0
2	Рабочее напряжение, В	4,18	4,15	-0,03
3	Выход по току, %	91,29	91,79	+0,5
4	Суточная производительность электролизера с учетом незавершенного производства, кг	2356,1	2375,5	+19,4
5	Удельный расход технологической электроэнергии в постоянном токе, кВт∙час/т Al	13652,0	13480,0	-172,0
6	Криолитовое отношение, ед.	2,34	2,32	-0,02
7	Содержание фторида кальция, %	5,0	5,1	+0,1
8	Содержание фторида магния, %	0,7	0,7	0,0
9	Температура электролита, ^оС	952,9	952,0	-0,09
10	Температура перегрева электролита, ^оС	6,8	7,5	+0,7
11	Уровень металла, см	22,3	22,1	-0,2
12	Уровень электролита, см	19,7	20,0	+0,3
13	Расход AlF3, кг/т Al	18,56	15,22	-3,34
14	Частота анодных эффектов, шт/сут.	0,11	0,10	-0,01
15	Падение напряжения в подине, мВ	352	335	-17

Анализ данных приведенных в таблице 1 позволяет отметить, что технологические параметры – состав, температура электролита, уровень металла и электролита, рабочее напряжение – оставались практически постоянными в течение испытаний. Следовательно, можно сделать вывод, что условия для растворения рядового и укрупненного глиноземов на электролизерах были одинаковы.

Использование укрупненного глинозема по сравнению с рядовым приводит к улучшению технико-экономических показателей процесса электролиза, а именно:

- увеличению выхода по току на 0,5 %;

- снижению удельного расхода электроэнергии на 172 кВт∙час/т Al;

- снижению частоты анодных эффектов на 0,01;

- снижению расхода фтористого алюминия на 3634 кг/т Al;

- уменьшению потерь глинозема через аэрационный фонарь корпуса вследствие пылеуноса на 20 %.

Ухудшение показателей при применении рядового глинозема вызвано высоким содержанием фракции менее 45 мкм, что влечет за собой снижение скорости его растворения в электролите и увеличение количества осадка на подине электролизера.

Для улучшения технико-экономических показателей работы электролизеров необходимо снизить содержание фракции менее 20 мкм в глиноземе до 3 %, а фракции менее 45 мкм до 25 %. При этом основным требованием должна быть стабильность дисперсного состава глинозема.

В таблице 2 представлены средние значения концентраций глинозема в криолит-глиноземном расплаве, определенные химическим анализом.

Таблица 2

Параметр	Укрупненный глинозем			Среднее	Рядовой глинозем			Среднее
Концентрация глинозема, %	2,5	2,5	2,4	2,5	2,7	2,5	2,6	2,6

Из таблицы 2 следует, что на всех электролизерах в криолит-глиноземных расплавах концентрации глинозема вне зависимости от их физико-химических свойств не имеет существенных различий.

В дальнейшем, с целью дополнительной оценки скорости растворения исследуемых глиноземов рассмотрена автоматическая коррекция подачи глинозема в электролит.

При снижении скорости растворения глинозема базовая уставка АПГ (период подачи глинозема, Тапг) уменьшается, это вызвано тем, что в определенный интервал времени количество растворившегося глинозема различается в зависимости от скорости растворения. Таким образом, при медленной скорости растворения необходимо дать большую порцию глинозема в электролит во избежание возникновения анодного эффекта. К тому же снижение скорости растворения приводит к большему отклонению периода питания от среднего значения.

При использовании рядового глинозема происходит увеличение среднеквадратичных отклонений периода подачи глинозема, что говорит о худшем растворении этого глинозема.

На следующем этапе опытно-промышленных испытаний на группе опытных электролизеров, использующих глинозем марки Г-00, был внедрен алгоритм корректировки периода подачи глинозема с учетом данных экспресс-анализа концентрации глинозема.

В таблице 3 представлены технологические параметры и технико-экономические показатели работы двух опытных групп электролизеров при использовании различных типов глиноземов после внедрения алгоритма автоматической корректировки периода подачи глинозема.

Таблица 3

№	Параметр	Рядовой	Укрупненный	Разница
1	Сила тока, кА	321,30	321,30	0,0
2	Рабочее напряжение, В	4,16	4,16	0,0
3	Выход по току, %	91,83	91,85	+0,02
4	Суточная производительность электролизера с учетом незавершенного производства, кг	2375,0	2375,6	+0,6
5	Удельный расход технологической электроэнергии в постоянном токе, кВт∙час/т Al	13506,6	13503,6	-3,0
6	Криолитовое отношение, ед.	2,31	2,32	+0,01
7	Содержание фторида кальция, %	5,1	5,1	0,0
8	Содержание фторида магния, %	0,7	0,7	0,0
9	Температура электролита, ^оС	950,9	952,3	+1,4
10	Температура перегрева электролита, ^оС	5,8	6,5	+0,7
11	Уровень металла, см	22,1	22,2	+0,1
12	Уровень электролита, см	20,1	20,0	-0,1
13	Расход AlF3, кг/т Al	17,96	17,22	-0,74
14	Частота анодных эффектов, шт/сут.	0,05	0,10	+0,05
15	Падение напряжения в подине, мВ	342	345	+3

Анализ данных таблицы 3 показывает, что внедрение нового алгоритма корректировки периода питания глиноземом на основе метода экспресс-анализа концентрации глинозема в криолит-глиноземном расплаве позволил оптимизировать технологию работы электролизеров при использовании глинозема марки Г-00 и, как следствие этого, технико-экономические показатели работы опытных групп электролизеров, использующих рядовой и укрупненный глинозем, оказались довольно близкими.

Литература:

1. Ибрагимов А.Т., Пак Р.В. Электрометаллургия алюминия. Казахстанский электролизный завод.-Павлодар, ТОО «Дом печати», 2009.-264с.