Влияние факторов и примесей

Регулирование криолитового отношения не является единст­венным способом улучшить свойства электролита. Для этих целей в промышленности применяют модифицирующие добавки, наиболее распространенными из которых можно назвать соли CaF₂, MgF2 и, значительно реже, LiF.

Фторид кальция CaF₂ всегда присутствует в электролите, по­скольку естественным источником этой соли служит оксид кальция СаО, содержащийся в виде примеси в глиноземах. Оксид кальция, попадая в электролит и вступая во взаимодействие с фтористым алюминием по реакции

3СаО + 2AIF3→3CaF₂ + AlzOз, переходит во фторид кальция.

За счет естественного поступления концентрация CaF₂ в электролите поддерживается на уровне 2-4%, а за счет искусствен­ного введения может быть повышена до 5,0-8,0%. Соль CaF₂ умень­шает температуру кристаллизации электролита и соответственно температуру электролиза, увеличивает межфазовое натяжение на границе электролит - жидкий алюминий, но несколько уменьшает растворимость алюминия в электролите.

Первые два фактора благоприятно воздействуют на резуль­таты электролиза. В то же время отмечается и негативное влияние CaF₂ на свойства электролита: снижается не только растворимость глинозема в электролите, но и скорость его растворения, возрастает плотность, снижается электропроводность. Поэтому верхний предел по содержанию CaF₂ целесообразно установить на уровне 5,0-8,0%. Следует также учесть, что более высокое содержание фтористого кальция грозит образованием осадков и настылей на подине элек­тролизера.

Другая модифицирующая добавка - фторид магния MgF2 попадает в электролит преимущественно из глинозёма в виде оксида магния. Однако количество его в виде сопутствующей примеси в сырье, как правило, невелико. Переход MgO во фторид происходит по аналогии с оксидом кальция.

Действие MgF2 во многом аналогично соли CaF₂, но прояв­ляется оно сильнее. Так, например, добавка 1 % (по массе) CaF₂ сни­жает температуру плавления электролита на 3⁰С, а 1 % MgF2 при­мерно на 5⁰С. Поэтому введение этого модификатора возможно только при чистых подинах и устойчивых уровнях электролита. В противном случае неизбежно затвердевание осадков в подовые на­стыли и нарушение процесса электролиза, падение уровней электро­лита.

Содержание фтористого магния в промышленных электро­литах, как правило, фоновое, т.е. только за счёт естественного по­ступления с сырьём, и не превышает 0,5-1,5%. Введение этой соли достаточно рискованно из-за возможности образования подовых на­стылей, резких изменений уровня электролита. В последние годы эта соль в качестве добавки используется довольно редко. Рекомендованное суммарное содержание CaF₂ + MgF2 не должно превышать 8-9%.

Фторид лития LiF является наиболее сильной модифици­рующей добавкой к электролиту в части снижения температуры на­чала кристаллизации и повышения электропроводности. В электро­лит вводится до 3-4% солей лития (в пересчете на LiF). Каждый процент LiF снижает температуру кристаллизации на ~ 100C и уве­личивает электропроводность на 3%. Добавка литиевого модифика­тора вносится, как правило, в виде карбоната лития Li₂СО_з, который взаимодействует с фтористыми соединениями электролита с образо­ванием фторида лития и глинозема.

Чаще всего введение в электролит солей лития рассматри­вают как способ повышения производственной мощности серии электролиза с минимальными затратами.

Основным препятствием широкого использования литиевой соли можно считать ее высокую стоимость и относительно низкие объемы производства. Кроме того, небольшие количества металли­ческого лития, образующиеся в процессе электролиза и попадающие в катодный металл, негативно сказываются на некоторых свойствах алюминия, в частности, на последних стадиях проката листа и фоль­ги.

Весьма существенно воздействует на свойства электролита и растворенный в нем глинозем. Электролит с 3 и 5% растворенного глинозема имеет температуру начала кристаллизации соответственно на 16 и 28⁰С ниже, чем у чистого криолита. Существенно снижа­ется плотность электролита. Растворенный глинозем изменяет удельное электрическое сопротивление электролита, повышает его вязкость. Так, при введении в криолит 10% глинозема вязкость рас­плава возрастает на ~ 23%. Что касается электрического сопротив­ления электролита, то при повышении концентрации А1₂О_з от нуля до 3,5% оно снижается. Дальнейшее повышение концентрации А1₂О_з вызывает рост удельного сопротивления.

КПВО

3.1 Корректировка электролита CaF₂

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.

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.

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.

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.

Корректировку состава электролита CaF₂ (фтористым кальцием) проводят, как правило, одни раз в месяц на основании данных химического или спектрального метода анализа электролита.

Расчет количества корректирующего вещества кандидат технических наук И. П. Гупало приводит следующие формулы.

Фторид кальция CaF₂ всегда присутствует в электролите, по­скольку естественным источником этой соли служит оксид кальция СаО, содержащийся в виде примеси в глиноземах. Оксид кальция, попадая в электролит и вступая во взаимодействие с фтористым алюминием по реакции

3СаО + 2AIF3→3CaF₂ + AIzО3з, переходит во фторид кальция.

За счет естественного поступления концентрация CaF₂ в электролите поддерживается на уровне 2-4%, а за счет искусствен­ного введения может быть повышена до 5,0-8,0%. Соль CaF₂ умень­шает температуру кристаллизации электролита и соответственно температуру электролиза, увеличивает межфазовое натяжение на границе электролит - жидкий алюминий, но несколько уменьшает растворимость алюминия в электролите.

Первые два фактора благоприятно воздействуют на резуль­таты электролиза. В то же время отмечается и негативное влияние CaF₂ на свойства электролита: снижается не только растворимость глинозема в электролите, но и скорость его растворения, возрастает плотность, снижается электропроводность. Поэтому верхний предел по содержанию CaF₂ целесообразно установить на уровне 5,0-8,0%. Следует также учесть, что более высокое содержание фтористого кальция грозит образованием осадков и настылей на подине элек­тролизера.

4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ