Способ определения потерь фтора при электролизе алюминия

Способ определения потерь фтора при электролизе алюминия

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(72) Авторы изобретения

А.А.Ревазян, P.Ì.Êàçàðÿí, А.О.Гарибян, Т

Л.И.Агасиев, А.О.Пайтян и Ц.К.Минася

Научно-исследовательский и проектный инс цветной металлургии "Армнипроцветмет" (7l) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕРЬ ФТОРА

ПРИ ЭЛЕКТРОЛИЗЕ АЛОМИНИЯ

Изобретение относится к электроли зу и может быть использовано для контроля технологических параметров процесса электролиза алюминия.

Известно, что влага поступает в электролит .с глиноземом и Фтористыми солями и что вредное влияние ее проявляется прежде всего в гидролизе Фтористых солей

2 1

3 — (nNaF A!FR+II g = АI g <2HF+ !в

+ 2/3 nNaF.

Получаемый по этой реакции HF улетучивается вместе с анодными газами, а WaF повышает щелочность элект

1% ролита, что вызывает дополнительныи расход А1Г . Если принять, что сос" тав равновесной газовой смеси для криолита следующир: 10,2 о6.3 HF

89,2i„ то зто будет означать, что

1 кг воды разрушает О, 17 кг AIFg

?0 и дает 0,12 кг HF.

Кроме глинозема источником, поступления влаги в электролит служит во2 дород и метан, образующийся при кок. совании анодной массы. По реакции

H 0 + СОв H 0 + СО получаются пары воды, разлагающие фтористые со" ли. Исследования показывают, что основная масса фтористого алюминия разлагается за счет этой влаги, и величина его равняется 19 кг на 1 т металла.

Суммируя эти потери, получают ве" личину общих потерь фтора (1).

Недостатком описанного метода является то, что он отдельно не учи" тывает потери фтора, образующиеся влагой воздуха, поступающей в электролизер через отверстия в корке. электролита, Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ определения потерь фтора при электролизе алюминия, включающий сбор анодных газов в условиях герметичной работы электролизера 52).

3 922182 4

Недостаток известного способа зак- виях отсутствия доступа воздуха в лючается в том, что он принимает во электролизер, т.е. при наличии одновнимание только потери в виде возго- го "огонька". Полученные данные свенов фтористых солей. Кроме того, дены в табл. 1. известный способ не учитывает потери, 5 . За время второй десятиминутки образованные влагой воздуха. . тоже были отобраны две пробы, но уже

Целью изобретения является повыше- в условиях наличия доступа воздуха ние точности измерения фтора. в электролизер. Концентрации СО (А ), Указанная цель достигается тем, CO (8"), Ng(C") и Og(D") в двух посчто согласно способу, включающему ð ледовательно взятых пробах приводятсбоР анодных газов в геРметичных Ус- ся а табл, ловиях работы электролизера, измеря- Если принять, что содержание вла,ют содеРжание СО и. И 1. соответствен- ги в воздухе для города Еревана сос но при герметичных условиях и нали- тавляет 0,00688 кг/м 5 (данные получия доступа воздуха .в электролизер 15 чены из Управления гидрометеорологии содержание влаги в воздухе a ae ческой службы Армянской CCP), то личину расхода определяют по зависи- расход фтора равен мости:

С

1 57 l1+ а

20 где m " величина расхода A1F>, обусловленная гидролизом фтористых солей влагой, вносимой в электролизер вместе с воздухом; 25

К - содержание влаги в воздухе, кг/мз, К - количество AlFg, разрушае- мого одним килограммом воды (О, 17), кг/м у

30 а - содержание СО в анодных газах в условиях отсутствия доступа воздуха в электролизер", С " содержание N в анодных га" зах в условиях наличия дос". тупа воздуха в электролизер, кг/м .

Обычно принято считать, что при нормальной работе алюминиевых элект- 4а ролизеров отсутствует возможность доступа воздуха, а следовательно и доступа влаги, содержащейся в воздухе под корку электролита.

Исследования, проведенные в КАНАЗе,. показывают, что вследствие пульсирующего выхода анодных газов, через отверстия на двух противоположных стор ниах электролизера, под корку электролита подсасывается <воздух, влага

50 которого, подвергая гидролизу фтористые соли, приводит к дополнительному расходу фтора (А1Гъ), о

Пример. Пробы газов отбирают- . ся из одного и того же электролизера в течении двадцати минут.

За первые десять минут были отобраны две пробы анодных газов в услощ = 1 57 0 00688-0 17 --- -""--0 1Д

1 + 0,672

0,00019 кг/кг Al.

Как видно из приведенных таблиц, в случае работы электролизеров в обычном режиме, т,е. когда на двух его сторонах действует по одному

"огоньку", в анодных газах концентрация азота достигает С = 0,192, что свидетельствует о его доступе под корку электролита.

Когда же электролизер работает в герметичных условиях, концентра-. ция азота в отобранных пробах анодного газа равна нулю.

Как видно из табл. 2 a+a=1, а соотношение среднеарифметических значений СО и СΠ— = 0,205.

В случае отбора проб газа в негер" метичных условиях — » 0,176. Так м ь с(А как — y -з-, то из этого следует, что вследствие подсоса воздуха со 0 отношение СО и СО не изменяется в сторону его повышения (т.е. концентрация СО в газоврздушной смеси не увеличивается). Концентрация

СО повысилась бы в случае наличия реакции

2СО + О g (воздуха) = 2СО и отсутствия или незначительной а степени развития вторичного процесса

СОв + С (неполяризованный углерод) = 2СО

В алюминиевый электролизер .вместе с количеством азота С вносится количество кислоррда дУО . Зная состав воздуха и содержание азота

922182

Вследствие обратнои реакции электродных продуктов (2А1 4 3СО

= А) 0 +3СО) за один час теряется да кг металла

dm 0,336 10 3 (1 - Q).

Согласно обратной реакции бесполезные потери кислорода, связанного в

СО, составляют:

5 в отобранном объеме анодных газов, получаем

0 21С

dV0

«Л

01 0 79

Согласно приведенной формуле и реакции С + О ) = СОО, количество вновь образованного СО в кг/моль равно

0 21С и

»»« ««»

С0 0 79 ° 22,4

Если принять, что из п С0 количество углекислого газа "c0g его количество вступает в реакцию с углеродом, то количество непрореагировавшего СО окажется равным пQp = и COg nC

СОо 1 5-22 4 дЧ = --i---- ---" x

0 2 27 х 0,33610 3 (1 7. ). или е С02 5 6

V0 = Ч0 - дЧ0 .---i-"* x

26,8

2о х 10. 3 - О 336- ",--"i 10 Э(1-$, 2 27

После соответствующих преобраэо" ваний получаем: н1 - 0,2o74 10 3.

1 МЪ анодного газа c TBeTGTeyet

° (а Ф ) и > кислорода, а Ч

Ь и,, количеству кислорода соответствует

V CO+CO = 0 415 ° 10

-3 Зп

О. ° 14 а

0 21С п-- -- - --"--- " и 00. 22,4-nþ79 СОЧ.

Количество же вновь образованной окиси углерода равно 2п Cps .

Зная соотношения СО и СО (), составляем равенство

021C, . 1 (--- ""--"-- - n ): 2n„=p = А:В

22,4 0179 СО СО

Из этого равенства получаем

0 21 ВС и

«»»«

СО 22,4-0, 79 (2А+В)

В переводе на кубические метры ко. личества дополнительно образованных

C0 " hVCp и СО) - gVC0 окажутся равными

021 224ВС

dV

«ЛЛ

22,4 ° 0,79

ВС

= 2 0,266 (2А+В)

0 21 22 4 В

ЬЧ = -- ----- ----С (1 - -"---)

С0 22,4 0,79 2АФВ

При работе алюминиевого электролизера с двумя отверстиями а+в=1 количество анодного газа раэбавляется "С"

1 количеством азота и д ЧС0,1 4 h ЧС0 количеством СО2 и СО, образованных при окислении углерода анода кислоро" дом воздуха. В новой смеси (а+Ь) +

+ (d ЧС0, + h VC0 ) количеству газа соответствует А + B, а (а+в) количеству газа соответствует кон, центрации Х g

АС 2 ° 0 266 --""--(2А+В ) Отсюда получаем

Суммарное количество СО и CO окажется равным (А -В) (аьв) 45 Х »»»« ° ««у» +Ъ (а+в) + 0,266С (1 - — ) М Ь

V Co<+ д ЧС0с = 2-0,266 2А,-В или (А+В) (2А+В)

Х

«« ° А««»«»«««««««««»»««»

5э os% 2A+B+2 0,266с (А+В), Суммарная концентрация СО и СО, образованных окислением углерода анода кислородом воздуха равна

При силе тока 3, составе конечного газа "а" и "в" и выходе по току 1 определяем часовое количество выделяющегося анодного газа. Для этого сперва определяем теоретическое часовое количество кислорода по

Формуле, вытекающей иэ закона Фарадея

ХС0 4 СО ЬХСО + h ), Я

2 0 266C(AtB}

«««е «»»»(»»»

2 ° 0,266С (А+В)1 2А В * т 56 3

V щ «Л»»»

0g 26,8 ° 1000

Практическое количество кислоро-.

И да V 0, входящего в состав конечного анодного газа, будет равнятьсв

922182

th y col

Д °

° «»»»!

1+а

Табли ц а 1

Проба анодного газа (СО ) (со ) 0,000

0,000

0,66!

0,682

0,000

0,000

О, 339

0 318

В среднем из двух проб

0,672

О, 328

0,000

0,000

Соответствующим образом

4Хцр окажутся равными

2 0 266ВС (A+8)

4Х о= ---- ----------------2 0,266С(А+8)+2А+В

2. 0 266АСХА+81 0% 2р 0,266С(А+В)+2А+В

Долевой концентра iw Х +

t соответствует Vgp<

3 ХС0 и d Х будет соответствовать дополнительное количество.

С0 и. СО (4Vg0 и 4 Vpg ), обрадованных при окйслении углеро- И да анода кислородом воздуха.

Зная это, получаем с6 -3 ВС

:dVg0 0 р22

2А+В

C0g (2A+B) (1+а) Нетрудно заметить; что часовое количество кислорода воздуха равняется

2$ ф Ь VCa

VO = dV

0 Ng.

I или

01 (2А+В) (1+а) х 3 (А + — )

Ь

Е

Зная, что 0,21 м кислорода со" держится в 1 м воздуха, определяем З часовое количество воздуха, подсасываемого под корку электролита.

V+ = 1-05 10 --- — — - — -(А ° — ) .<.

-ь С - Ь

Ъ вЂ” (2А+В) (1., I

Такое количество воздуха вносит в электролизер и определенное количество влаги, которая, вступая в реак. цию с фтористыми солями, приводит к потере фтора.

Количество влаги в кг/м, вносимой в электролизер вместе с воздухом, составляет

С г В

rn = 1-05 К -- A )

8ll0 (2А+В) (1 а)

Если принять, что 1 кг Н О разрушает О, t7 кг A1F g и дает

0,12 кг HF то потери фтора в кг/ч будут равны

Мдр = 1,05 ° К,, К

С

3 " (2А+В) (1+а) х (А+ ) 3 ° . 10-3

В

При часовой произ води тел ь ности електролиаера,.равное m =

8 э ъ

36,8 1000 потери фтористого алюминия за счет его разрушения влагой, вносимой B электролизер вместе с воздухом, под" сасываемым под корку электролита (в пересчете на 1 кг алюминия)будут равны

mAvз= 1 57 К1 К1 -1+3,, Предлагаемое техническое решение выгодно отличается от всех известных методов тем, что позволяет подсчитать расход фтора вследствие гидролиза фтористых солей влагой, подсасываемой под корку электролита воздуха. Учет указанного расхода фтора позволяет разработать меры по достижению оптимальной технологии элект ролиза. алюминия.

922182

10 Таблица 2

Проба анодного газа

В (co) /

° В

А (СО ) 0,291

0,00

О, 192

0 517

0,304

От541

0,155

0,00

В среднем из двух проб.,0еоо

0,297

0,173

Оф530

Формула изобретения

Составитель H коробова

Редактор Л.Лукач Техред Т.Иаточка Корректор О.Билак

Заказ 2513/36 Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113U35, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д.4/5

Филиал ППП "Патент" г.ужгород, ул.Проектная, 4

Способ определен&я потерь фтора при электролизе алюминия, включающий сбор анодных газов в условиях герме" тичной работы электролизера, о ти и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения потерь фтора, измеряют содержаниЕ

СО и N y соответственно в условиях герметичной работы электролизера и в условиях наличия доступа воэду» ха в электролиэер, а величину по" терь определяют по зависимости

С

m - 1 57.К„-КZ где m - величина потерь AlF> кг/кг

:K„" содержание влаги в soapyxe, кг/м

К, - количество А1Г,разрушаемого одним килограммом воды (0,17) кг/м» а " содержание СО в анодных ra2О . зах в условиях отсутствия доступа воздуха в электролизер, С содержание азота в анодных газах s условиях доступа

2$ воздуха в электролизер, кг/и.

Источники информации, прияятые во внимание при экспертизе

1. Баймаков Ю.В. и Ветюкев И.И.

Электролиэ расплавленных солей. И., зо нйеталлургия", 1966, с.410-411..

2. Ревазян A,À. Потери фтора. в виде возгонов фтористых солей.

Бюллетень "Цветная металлургия", 1968, Н 28, с.38.