Способ определения потерь фтора при электролизе алюминия

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соеетскик

Социалистических

Республик (111 947228 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 09 ° 02. 81 (21) 3246536/22-02

Р М g+ з с присоединением заявки Hо

С 25 С 3/06

Государственный комитет

СССР ло делам изобретений и открытий (23) Приоритет (53) УДК 669 ° 713 °.72(088.8) Опубликовано 300782 Бюллетень Мо 28

Дата опубликования описания 30.07.82 (72) Авторы изобретения

A. A. Реваз ян, A ° О. Гарнбян, Р.М. Казарян, A.A.Ñòåïàíÿí и М.A.Àðóòþíÿí

Армянский научно-исследовательский и проектный институт цветной металлургии (7() Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕРЬ ФТОРА

ПРИ ЭЛЕКТРОЛИЗЕ АЛОМИНИЯ

Изобретение относится к электро литическому получению металлов элект ролизом расплавсв, в частности к про.изводству алюминия и может найти применение для контроля .технологических параметров процесса электролиза алюминия.

Известен расчетный метод оценки величины удельных. потерь фтора, согпаснО которому одним иэ источников фтористого водорода является гидролиз фтористых солей. .г/3(nNaF.A(!F )+8 O=l/3AR 0>+2HF+

+2/3nNaF.

Если глинозем, вводиьаай в электролит, содержит 0,1 В влаги, то согласно составу равновесной газовой смеси для криолита - 10,2% (объемн.)

HF 89,2% (объемн.) Н О - потери фтористого алюминия (йа тонну металла) составляют 0,34 кг, что в пересчете на фтор (в виде HF) составляет 0,23 кг/т.

Кроме глинозема, источником поступления влаги в электролит служит водород и метан, образующиеся при коксовании анодной массы. В частности, пары воды, полученные по реакции Н + СО = Н О + СО, раэлагают фтористый алюминий и приводят к потерям фтора (в виде HF) равньв 13 кг на тонну металла. В эту величину потерь фтора входят и .потери, обусловленные реакцией влаги, поступившей в ванны вследствие подсоса воздуха под корку электролита с фторсолямиз Суммируя эти данные, полученные расчетным путем, определяют величину удельных потерь фтора (Р)

Р=0,23 кг+13 кг=13,23 кг/т Ас )Ц.

Такой способ оценки удельных потерь фтора в виде HF ие дает воэможности раздельно определить потери, вызванные реакцией пирогенической влаги и влаги подсасываемого воздуха с фторсолями.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ определения удельных потерь фтора, согласно которому величина удельных потерь фтора слагается из потерь фтора (в виде HF) в газах организованного отсоса - 15,7 кг/т Ас и из потерь фтора в газах, удаляемых через фонарь — 1,44 кг/т АВ. В среднем на тонну алюминия расходуется

17,14 кг фтора (в виде HF). Эту.447228 величину рассчитывают на основании концентрации Фтористого водорода в газах, отсасываемых из электролизного цеха. При этой учитывается также концентрация фтористого водорода в газах, удаляемых через фонарь электролизного корпуса, а также количество отсасываемых газов 2 .

Недостатком известного технического решения является то, что,определяя общие потери, невозможно определить величины отдельных составляющих, вызванных реакцией влаги исходного сырья, пирогенической влаги и влаги воздуха„ подсасываемого под корку электролита с фторсолями. Кро- 15 ме того, определенные указанным способом общие потери Фтора не соответствуют реальным потерям. Сказанное объясняется тем, что часть .потерь фтора не поддается учету ввиду того, 20 что отсос электролизных газов осу(ществляется не в герметичньх условиях. Примерный расчет показывает, Ф что объемная скорость выделения анодных газов для ванн средней мощности равна 16,74 м /ч. При существующей

3 вентиляционной системе на том же алю. миниевом заводе кз-под перекрытия .одной ванны отсасывается 7000 м /ч

Э газопылевоздушной смеси, что в 30

418 раз (7000:16,74) превышает общее количество анодных газов.

Таким образом, при определении кон. центрации фтористого.водорода по из, вестному способу в таком разбавлен- З5 ном, в 418 раз газе неизбежны ошибки, а это приводит к совершенно искаженным и к тому же усредненным значениям удельных потерь фтора.

Определение таких ориентировочных, усредненных значений удельных потерь Фтора не позволяет установить его связь с другими технологическими параметрами алюминиевого электролизера, не позволяет судить о работе каждого отдельного электролизера в электролиэном цехе.

Цель изобретения - повыщение точнОсти КОнтрОля предыдущеГО передела, 50

Поставленная цель достигается тем, что способ определения потерь фтора при электролизе алюминия, включающем отбор пробы газа и определение в ней концентрации фтора, пробу. газа отбирают в герметичных условиях, дополнительно определяют в ней концентрацию СО, а расчет удельных потерь фтора производят по уравнению

С

P = К ),60 где Р - удельные потери фтора в виде HF, кг/т АС;

С - концентрация фтора в виде

HF в пробе анодного газа, кг/нм 65 а — концентрация СО в анодном газе в долях едйниц;

К вЂ” постоянная величина, равная

235 10Э

Предлагаемый способ определения потерь фтора в виде HF позволяет определить потери фтора вызванных реакцией пирогенической влаги (т.е. влаги, образованной вследствие реакции водорода с анодными газами) с фторсолями

Н +СО +2/3 (nNaF AE F ) =1/ЗА e P + (+2/ЗпИаГ+СО.

Как показали исследования, источником доступа водорода в зону электролиза явх яется крекинг углеводородов, Образованных при коксовании анодной массы. Кроме укаэанных потерь, в общие пбтери фтора входят также потери вызванные реакцией влаги исходнсго сырья и влаги воздуха подсасываемого под корку электрслита.с фторсолями.

Допустим, что концентрация фтора в виде HF (в кг/нм ) в Q количестве отобранного в герметичных условиях. анодного газа равняется С, тогда, зная объемную скорость (нм /ч) вы3 деления анодных газов (Q), получим часовое количество потерь фтора

ЬР = С Q. Согласно закону Фарадея, при выходе по току, равном g, часовая производительность алюминиевого электролизера (в TQHHBx) будет равняться

О 33б

lP6

При часовой производительности алюминиевого электролизера, равной

m теряется ЬР количество фтора, при получении же одной тонны металла. будет теряться P количество фтора:

ЬР 10 С О р, «ю

m 0,336 I ° 1

Согласно этой Формуле для определения величины P необходимо определить также значение Q. При силе тока I концентрации СО и СО (в долях единицы) а и в соответственно и выходе по току g определим часовое количество анодных газов. С этой целью сначала определим теоретическое часовое количество кислорода по формуле, вытекающей из закона Фарадея: т б б 1 оа 2б,б 1000

Вследствие обратной реакции электродных продуктов

2М+ 3CO = М Оэ+ 3СО.

3а один час теряется металла,,кг

hm = 0,336 10 I (1-4) ), 947228

Согласно этой реакции потери кислорода, связанного в СО>, составляют

0О 1 5.22 4 -э

0((0 =-2 —.L- ° 0 336 10 (1-q) .

Оъ 2 27

Практическое же количество кислорода Чо, входящего в состав конечного

5 анодного газа, будет равняться к т со 3.

Vo o co;.

Подставляя соответствующие значения получим к-36 10 . 1 16 22 4,,36

0 26,8 2 27 1Р э (1 -)) .

После соответствующих преобразований получим

Чо4 О 2074 ° 10 . q 15

Одному кубическому метру анодного

Ъ газа соответствует (а + -) м кислои

2 рода, а Vo количеству кислорода будет соответствовать Q количество анод- 20 ного газа

-J 1 я

Q = 0,415 10

Подставляя полученное значение Q в формулу для удельного расхода фтора, получим

-э с

P = 1,235 ° 10

1+а Э или, принимая 1,235 10 =К, получим

P = К

1+а где P — удельные потери фтора в виде

HF, кг/т Af; а — концентрация СО в анодном газе в долях единицы; с - концентрация фтора в виде

HF, в пробе анодного газа, кг/нм

К - постоянная величина, равная

1,235 10 . 40

Таким образом, для расчета удельных потерь фтора необходимо определить концентрацию Фтора (С) в виде HF .и концентрацию СО3 (а) в прсбах анодного газа, отобранных 45 непосредственно на промышленном с (HF) М проб анодного газа а (СО ) О, 00805

0,00815

О, 670

0,671

О, 672

О, 00810

В среднем иэ трех проб

0 00810

0,671 ои в ней концентрации фтора, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с цельк повышения точности контроля предыдущего передела, пробу гаэа отби65 рают в герметичных условиях и доФормула изобретения

Способ определения потерь фтора

1 при электролизе алюминия, включающий отбор пробы газа и определения электролизере гри работе его с одним огоньком, т ° е. в герметичных условиях при отсутствии доступа воздуха в электролиэер. При этом а+Ь=1.

П р.и м е р . Пробы газов отбирают из одного и того же электролизера в течение 30 мин. Отбирают

3 пробы анодных газов при работе электролизера в герметичных условиях, т.е. при работе его одним огоньком. Пробы газа отбирают аспирационным методом. С целью исключения возможных искажений напорную жидкость аспиратора и его стеклянные стенки заранее насыщают фтористым водородом. В каждой отобранной пробе определяют концентрации С03 (а) (и фтора в вйде HF (с). Полученные данные сведены в таблицу.

Представляя соответствующие значения в укаэанную Формулу для удельных потерь фтора в виде HF получаем

P = 1,236 10 †1 ††-3,932 кг/т 00.

0 0081

1+0,671

Такое количество фтора теряется вследствие реакции н +сО +2/3(nNaF ИРэ)=1/3АИ О + . +2/3nNaF+CO., Использование изобретения позволяет точно определить величину удельных потерь фтора в виде фтористого водорода, вызванного реакцией пирогенической влаги с фторсолями. Это дает воэможность связать определяемый параметр с другими технологическими параметрами процесса электролиза и вести процесс при наиболее оптимальном технологическом режиме с высоким выходом по току металла.

Таким образом, предлагаемый1 способ позволяет сэкономить значительные средства, связанные с уменьшением потерь фтористых (солей (годовая экономия фтора в виде МРЭ составляет 435 т на 100000 т М ) °

947228

P К

1+а

Составитель A.Aðíîëüä

Редактор В.Пилипенко ТехредМ. РЕйвес Корректор М.Король

Заказ 5551/41 Тираж 686. Подписное

BHHHtlH Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 полнительно определяют в ней концентрацию СОа, а расчет потерь фтора от взаимодействия с пирогенической влагой производят по уравнению где Р— удельные потери фтора в. виде HF, кг/т М у

С " концентрация фтора в виде

HF в пробе анодного газа, кг/им g.8 а — концентрация СОа в пробе анодного газа в долях единицыу

К вЂ” постоянная величина, равная

1,235 10

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Баймаков Ю.В. и др. Электролиэ расплавленных солей. М., Металлургия, 1966, с. 411.

2. Баймаков Ю.В. и др- Электролиз расплавленных солей. М., Металлургия, 1966, с.481.