Введение
ГЛАВА 1 Технологические особенности пуска высокоамперных электролизеров 12
1.1 Современные технологии электролиза алюминия 12
1.1.1 Развитие высокоамперных технологий 13
1.1.2 Сравнительная характеристика отечественных и зарубежных высокоамперных электролизеров 17
1.2 Технология пуска алюминиевого электролизера 18
1.3 Выбор состава пускового электролита 22
1.4 Плавкость электролита 25
1.4.1 Диаграмма состояния системы NaF—AIF3 25
1.4.2 Диаграмма состояния системы №зАШб — AI2O3 26
1.4.3 Диаграмма состояния системы Na3AlF6-AlF3-CaF2 27
1.5 Влияние пуска электролизера на его срок службы 31
1.6 Регламент пуска отечественного высокоамперного электролизера 35
1.6.1 Пуск высокоамперного алюминиевого электролизера на электролиз 35
1.6.2 Пусковой и послепусковой периоды 36
1.6.3 Технологические параметры в пусковой период 37
Выводы по главе 1 42
ГЛАВА 2 Особенности физико-химических взаимодеиствий в пусковой период высокоамперного алюминиевого электролизера
2.1 Механизм разрушения катодной футеровки 43
2.2 Механизм взаимодействия углеграфитовой катодной футеровки и электролита 44
2.3 Взаимодействие натрия и катодной футеровки 51
2.4 Поверхностные свойства углеграфитовых изделий 57
2.4.1 Поверхностное натяжение смесей NaF — AF3 57
2.4.2 Диаграмма состав — смачивание системы NaF — AIF3 59
2.4.3 Диаграмма состав ШзАШ6—А120з 63
2.4.4 Влияние фторидов щелочноземельных металлов на краевой угол смачивания криолитовых расплавов з
2.4.5 Влияние типа твердых материалов на краевой угол смачивания расплавленного криолита 67
2.4.6 Влияние карбидообразования на состояние углеграфитовой подины 69
2.4.7 Влияние температуры на краевой угол смачивания криолитоглиноземных расплавов 72
2.5 Определение краевого угла смачивания для углеграфитового блока типа
ЭКА+30 % графита в зависимости от температуры и содержания глинозема 74
2.5.1 Методика эксперимента 74
2.5.2 Результаты и обсуждение 75
2.6 Разработка способа определения содержания глинозема в электролите и устройства для его реализации 77
2.6.1 Существующие аналоги 77
2.6.2 Сущность предлагаемого способа 79
2.7 Термодинамический расчет основных химических реакций, протекающих в катоде 84
2.7.1 Методика расчета термодинамических характеристик 84
2.7.2 Исходные данные для расчета 85
2.7.3 Образование соды, диоксида углерода и проникновение натрия 86
2.7.4 Образование алюмината натрия 87
2.7.5 Реакции, изменяющие криолитовое отношение 88
2.7.6 Образование и потребление цианида натрия 89
2.7.7 Процессы карбидообразования во время пуска электролизера 89
2.8 Катодная поляризация в пусковой период 92
2.9 Механизм образования натрия в электролите 94
Выводы по главе 2 98
ГЛАВА 3 Экспериментальное исследование пропитки катодной футеровки в условиях пускового периода 99
3.1 Изучение степени и глубины пропитки углеграфитовых материалов криолит глиноземным расплавом 99
3.2. Изучение свойств УГМ после пропитки 101
3.1.4 Электросопротивление при температуре окружающей среды 101
3.1.5 Прочность на изгиб 103
3.1.6 Методика анализа углеграфитового материала на содержание натрия.. 104
3.2 Выбор технологических параметров эксперимента 106
3.2.1 Криолитовое отношение 106
3.2.2 Температура электролита 106
3.2.3 Плотность тока 106
3.3. Результаты эксперимента и их обсуждение 108
3.3.1 Изменение плотности исследуемых образцов 110
3.3.2 Построение регрессионной модели изменения плотности образца в ходе пускового периода 111
3.3.3 Результаты регрессии и анализ остатков 111
3.3.4 Проверка адекватности модели 114
3.3.5 Уравнение регресии 114
3.3.6 Оценка изменения физико-механических свойств исследуемых образцов 115
3.4 Диффузионное внедрение натрия в слои углеграфитовой футеровки .117
3.5.1 Общие сведения о процессе диффузии 117
3.5.2 Определение параметров процесса диффузии Na в углеграфитовый материал катодной футеровки 122
Выводы по главе 3 128
ГЛАВА 4 Снижение количества выбросов на высокоамперном электролизере в пусковой период 129
4.1 Выделения и отходы при производстве алюминия 129
4.2 Методика расчета выделений и отходов фторидов 131
4.3 Способы сбора отходящих газов 136
4.4 Влияние состава электролита на потери фторидов в различных температурных условиях 139
4.4.1 Потери компонентов расплава в зависимости от криолитового отношения 140
4.4.2 Исследование промышленных образцов 143
4.5 Стабилизация состава электролита в высокоамперном алюминиевом электролизере 145
4.5.1 Роль состава электролита в эффективности процесса электролиза алюминия 145
4.5.2 Влияние примесей на свойства электролитов 147
4.5.3 Переход на технологию кислых электролитов 150
4.5.4 Особенности регулирования состава кислых электролитов 151
4.6 Улучшение экологических показателей в пусковой период за счет внедрения инновационных технических решений 154
4.6.1 Обзор балансов по фтору 154
4.6.2 Адаптация методики балансовой оценки 158
4.6.3 Пример расчета: 160
4.6.4 Материальный баланс по фтору 162
4.7 Временное укрытие алюминиевого электролизера на пусковой период 164
4.7.1 Существующие аналоги 164
4.7.2 Разработка пускового газосборного укрытия 165
4.7.1 Расчет затрат на внедрение 168
4.7.2 Расчет экономической эффективности 170
Выводы по главе 4 172
Заключение 173
Список литературы
