Способ регулирования подачисырья b электролизер для полученияалюминия

Союз Советских

Социапистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К пАтентУ (61) Дополнительный к патенту (511 М. Кл.з (22) Заявлено 050473 (21) 1901968/22-02 (23) Приоритет — (32) 06. 04. 72

С 25 С 3/06

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (31) 2416 0 7 . (33) США

Опубликовано 230681. Бюллетень ¹ 23

Дата опубликования описания 270681 (5З) УД (62 1 . 35 7 ..2:669.71 (088.8) (72) Автор изобретения

Иностранец

Воррен Эмерсон Хаупин (США) Иностранная фирма

"Алюминиум компани оф Америка" (COIA ) (7t) Заявитель (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОДАЧИ СЫРЬЯ

В ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ

Изобретение относится к способам регулирования подачи сырья в электролизер для получения алюминия и может быть использовано в электролитическом производстве алюминия,из его хлорида.

Известен способ регулирования подачи сырья в эдектролизер для получения алюминия из глинозема в зависимости от величины эффективного сопротивления электролизера f1).

Однако при получении алюминия путем электролиза расплава хлорида алюминия в смеси с галоидами щелочных и .щелочноземельных элементов особен- о ность процесса заключается в том„ что при снижении конЦентрации хлорида алюминия до очень .низких значений вследствие обедненйя ионами алюминия приэлектродного пространства, роста перенапряжения на катоде возникает опасность разрушения графитового катода за счет осаждения катионов щелочных металлов, которые наслаиваются на катоде. Необходимость, же поддержания невысоких концентраций хлористого алюминия обусловлена величиной выхода по току, которая уменьшается с ростом концентрацИи. Оптимальной является концентрация хлористого алюминия » 5% (при ее колебании от 2 до 15Ъ).

Целью изобретения является предотвращение разрушения катода за счет разъедающего действия щелочных металлов при электролитическом получении алюминия из его хлорида.

Поставленная цель достигается благодаря тому, чтр» в способе регулирования подачи сырья в электролизер для получения алюминия путем изменения подачи сырья в зависимости от величины эффективного сопротивления электролизера, согласно изобретению подачу сырья увеличивают при снижении величины эффективного сопротивления электролизера ниже заданной величины и уменьшают при повышении величины эффективного сопротивления выше заданной величины.

Способ осуществляют следующим образом.

С помощью обычных приборов заМеряют ток и напряжение на ячейке. Суммарное эффективное сопротивление R ванныопределяют по формуле

Йр (Е - (МЕ )1/ 3, где Е - напряжение на ванне, 8;

E противоэдс каждой ячейки ванны, 8;

841597

3 — сила тока,А;

М вЂ” число ячеек электролитической ванны.

В оптимальных условиях Е обычно равно 1,9-2,0 В. Точное значение этой величины может быть определено, например, путем мгновенного разрыва тока. Суммарное эффективное сопротивление ячейки R — - складывается из следуюI

1» щих факторов: сопротивления электрических прово- о дов и их спаек, подводящих ток к электродам ячейки, легко поддающегося измерению, сопротивления ванны, снижающегося по мере уменьшения концентрации хлористого алюминия, 15 сопротивления пузырьков хлора в ванне и слоя пузырьков хлора, об- разующихся на аноде сначала. (Это сопротивление падает при понижении концентрации хлористого алюминия, а 20 затЕм возрастает); кажущегося сопротивления, вызванного увеличением ПЭДС при возрастании избыточного напряжен ля на катоде изза низкой концентрации хлористого алюминия.

Рассчитанное значение R сопоставляют с заданным, соответствующим оптимальной концентрации хлористого алюминия. Это заданное эталонное значение R определяют путем химического анализа пробы электролита с одновременным измерением напряжения и силы . тока и расчетом в широком диапазоне рабочих концентраций хлористого алюминия. Медленное искажение R „ из вышеприведенного уравнения при неизменном процентном .содержании хлористого алюминия, вызванное изменением других содержащихся в ванне компонентов или изменением температуры и т.п. 40

) легко поддается в силу медленности явления корректировке путем изменения эталонного уровня сопротивления применительно к результатам периоди. чески осуществляемого химического анализа. Этот показатель используется для корректировки измерений концентрации хлористого алюминия путем определения суммарного эффективного сопротивления или суммарного напряжения 5О . в. ячейке.

Изобретение может быть реализовано в следующих формах.

1. Согласно этой форме реализации изобретения (которую можно назвать методом регулирования по способу

"включено-выключено") питатель может включаться тогда, когда измеренное суммарное сопротивление рассчитанное, например, по вышеуказанной формуле

R (Е - (N Eo )g l 1 по показаниям 60 вольтметра и амперметра, соединенных с вычислительным устройством или т.п.) будет ниже установленного оптимального рабочего уровня. Работу питателя можно установить таким образом, чтобы интенсивность подачи хлористого алюминия в ванну. была выше, чем это требуется для поддержания желательного уровня содержания хлористого алюминия в ванне. После того как суммарное эффективное сопротивление превысит желательную для обеспечения оптимального рабочего уровня концентрацию хлористого алюминия, питатель можно вновь отключить до того момента, пока суммарное эффективное сопротивление не упадет вновь ниже необходимого уровня.

2. Согласно второй форме реализации изобретения могут быть использованы три ступени подачи. Например, нормальная или стандартная ступень подачи хлористого алюминия может использоваться на уровне, который наиболее эффективно поддерживает. оптимальную концентрацию хлористого алюминия в ванне. Эта нормальная или стандартная подача, выражаемая в фунтах/с и обозначаемая F, может определяться урав нением F = k N 3Cе, где k = 1, 015 х10 (рассчитано по закону Фарадея и весовому эквиваленту AEСВ ); N — число камер ячейки, 3 — сила тока в амперах, Ce — ожидаемый выход по току в процентах, известный из предшествующего опыта.

Вторая ступень подачи является высоким уровнем подачи, на 5-20% превышающим нормальную или стандартную ступень подачи., третьей ступенью подачи является низкая ступень, которая, в частности, на 5-20% ниже нормальной ступени подачи.

Если R — суммарное эффективное сопротивление, рассчитанное по уравнению R „ = R +(KR), где К вЂ” число равное 0,001-0,01, à R — эффективное сопротивление ячейки при оптимальной концентрации хлористого алюминия, и если рассчитанное суммарное эффективное сопротивление окажется лежащим в данном диапазоне, то следует применить нормальную или стандартную ступень подачи. Если, однако, в данной форме реализации изобретения окажется, например, что К„, <К - (KR), то надо использовать увеличенную подачу, а если R „) R Ф(КК), то надо применить сниженную подачу.

3. Согласно третьей форме реализации изобретения предусматривается пропорциональный метод регулирования, в котором интенсивность подачи хлористого алюминия пропорциональна току ячейки и равна потребности ячейки при принятом выходе по току СЕ (в процентах); когда К - R. Так, например, интенсивность подачи F в фунтах/с может быть выражена уравнением F = 1,015 Х х 10 .8 ИЭСЕ )1,0 + Q(R-R;„)ÊÖ .где 3 — ток в амперах, C8 — самые последние измеренные данные о выходе по току (в процентах); К вЂ” экспериментально установленная постоянная для

841597

Формула изобретения

Составитель В. Забелин

Редактор Т. Бобовоз Техред,Н. Майорош Корректор C.ùîìàê

Тираж 704 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 4880/85

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 полосы пропорциональности, обеспечивающая быструю реакцию без избыточной корректировки.

Частота замера суммарного эффектив-. ного сопротивления, отраженного, например, величиной R>, решающего значения при реализации изобретения не . имеет, ццнако чем чаще будет производиться такой замер, тем эффективнее будет работа. Отсчеты могут производиться с любым промежуточным интервалом от 30 с до 3 мин. t0

Использование изобретения обеспечивает поддержание постоянной концентрации хлористого алюминия в ванне, гарантирующей максимальную эффективность работы ванны, группы ванн или 15 целой линии при исключении нежелатель- ных отклонений от требуемого оптимального режима работы.

Одним из существенных достоинств изобретения является возможность поч- 70 ти полной автоматизации системы регулирования с помощью, например, вычислительной машины, связанной с питателем хлористого алюминия. При такой системе вычислительная машина непо-. средственно считывает суммарное напряжение ячейки (ванны) или рассчитывает по этому отсчету и отсчету силы тока, которые производятся через желатель, ные промежутки времени, суммарное эффективное сопротивление по приведенной выше формуле. В зависимости от концентрации хлористого алюминия выГ числительная машина дает сигнал питателю о добавке большего или меньшего количества хлористого алюминия или о прекращении подачи, ориентируясь при этом на вышеуказанный предопределенный оптимальный рабочий уровень концентрации хлористого алюминия и оптимальное суммарное сопротивление ванны, а также на допустимые отклонения от этих величин как на критерии регулировки интенсивности или ступени подачи хлорисТого алюминия нитателем в ванну.

Способ регулирования подачи сырья в электролизер для получения алюминия путем изменения подачи в зависимости от величины эффективного сопротивления электролизера, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью предотвращения разрушения катода при получении алюминия из его хлорида, подачу сырья увеличивают при снижении величины эффективного сопротивления электролизера ниже заданной величины и уменьшают при повышении величины эффективного сопротивления выше заданной величины.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США 9 3625842, кл. 204-67, опублик. 1971.