Анодная масса
Назначение: для формирования угольного тела анода на электролизёре с самообжигающимся анодом (СОА).
Состав анодной массы:
кокс нефтяной – наполнитель АМ (анодная масса);
пек каменноугольный – связующее АМ.
Виды анодной массы:
Технология «сухого» анода предусматривает использование анодной массы на высокотемпературном пеке (ВТП) – с температурой размягчения T = 110 – 120 градусов С следующих типов:
«сухая корректировочная» – с содержанием ВТП = 26 – 28 %;
«сухая нормальная» – с содержанием ВТП = 28 – 29 %;
«подштыревая анодная масса (ПАМ)» – с содержанием ВТП = 38 – 42 %.
Содержание влаги в анодной массе, поступающей в корпуса электролиза, должно быть не более 2,5 %, в подштыревой АМ не более 0,5 %.
Расход анодной массы в ОАО «РУСАЛ Красноярск»: 535 кг на производство 1 тонны алюминия.
Технология процесса сущность электролитического получения алюминия
В основе электролитического производства алюминия лежит электролиз криолитоглинозёмного расплава, основными компонентами которого являются: криолит Na3ALF6, фтористый алюминий ALF3, глинозём AL2O3 и заключается в том, что глинозём (АL2O3) растворяясь в электролите, под действием электрического тока распадается (диссоциирует) на ионы алюминия (AL3+) и кислорода (О2−):
AL2O3 = AL3+ + O2 −
Ионы алюминия восстанавливаются (принимают электроны) на катоде с образованием алюминия (нейтрального). Восстановление ионов алюминия:
AL 3+ + 3e– = AL
Ионы кислорода окисляются (отдают Е−) на аноде с образованием анодных газов СО и СО2.
На угольном аноде происходит разряд кислородсодержащих ионов с образованием окислов CO и СО2 (анодных газов), при реагировании кислорода с угольным телом анода.
2O2−– 4e + C → CO2↑ CO2 + C → 2CO↑
Ионы натрия (Na) являются переносчиками электрического тока в расплаве электролита.
Теоретически в процессе электролиза расходуются только глинозём и углерод, а также электроэнергия, необходимая как для разложения глинозёма, так и для поддержания требуемой рабочей температуры электролита. Фактически расходуются и фтористые соли вследствие их улетучивания и пропитки угольной футеровки.
Процесс электролиза непрерывный, поэтому периодически в электролит загружают глинозём, фторсодержащие соли, а в анод – анодную массу (электролизёр с СОА). Для поддержания уровня и состава электролита загружают смешанный криолит, оборотный электролит, фтористый алюминий, соду кальцинированную.
Процессы на электродах
Катод. Основной процесс – восстановление ионов алюминия:
Побочные процессы:
восстановление ионов металлов, более электроположительных, чем AL, таких как Fe, Si, Cu, Zn и др. по реакциям аналогичным восстановлению алюминия;
растворение AL в электролите, по реакции: AL + CO2 = AL2O3 + СО;
восстановление ионов Na, за счет избытка ионов Na в электролите и высокой температуры процесса, по реакции: Na+ + E = Na;
карбидообразование, по реакции: 4 AL +3C = AL 4C3.
Анод. Основной процесс – разряд ионов кислорода и окисление углерода анода с образованием СО и CO2 (анодных газов), по реакциям:
Побочный процесс: разряд ионов фтора с образованием СF4 и С2F6 при анодном эффекте по реакциям:
C + 2F2 = CF4 2C + 3F2 = C2F6
Суммарная реакция в электролизёре:
AL2O3 + C = AL + CO + CO2 + CF4 + C2F6
Аппаратурно–технологическая схема процесса
В процессе электролиза расходуется глинозём, анодная масса, электроэнергия, фтористые соли.
Поступающая электроэнергия переменного тока преобразуется в энергию постоянного тока и подается на серию электролизёров, соединенных последовательно. Электроэнергия в постоянном токе подается по шинопроводам с КПП на серию электролиза.
Глинозём транспортируется на завод железнодорожным транспортом в специальном подвижном составе (хопперах–вагонах), приспособленном для разгрузки в приемные бункера склада глинозёма. Из приемных бункеров глинозём транспортируется в приемные силоса склада глинозёма, далее с помощью пневмотранспорта на ГОУ и в прикорпусные силоса. Из прикорпусных силосов свежий глинозём загружается на стороны электролизеров с помощью машин МРГ–4М или МЗГ «Hencon» (оперативная герметизация электролизёров, питание электролизёров после капитального ремонта до вывода в режим работы АПГ).
Отходящие газы, образующиеся в результате электролиза, улавливаются с помощью системы газоудаления и поступают на ГОУ. На ГОУ отходящие газы проходят очистку с помощью свежего глинозёма. В результате очистки (адсорбции) образуется глинозём, обогащенный фтористыми солями – фторированный глинозём, мокрый хвост и очищенный газ. Фторированный глинозём поступает в корпуса электролиза в систему АПС, мокрый хвост на шламовые поля для дальнейшей переработки, а очищенный газ в атмосферу.
Анодная масса изготавливается в цехе анодной массы (ЦАМ). Для производства анодной массы и подштыревой анодной массы используются каменноугольный пек и нефтяной кокс. Служит для формирования тела анода. Доставка в корпус и загрузка анодной массы в аноды электролизёров осуществляется с помощью машины по загрузке анодной массы (МЗАМ) по графику. Подштыревая анодная масса загружается в специальные бункера и при помощи штыревого крана подается в лунку под штырь при его перестановке. Применяется для заполнения подштыревой лунки при перестановке штырей.
Фтористый алюминий из приемных силосов склада глинозёма второго и третьего производства и прикорпусного силоса №5 первого производства доставляется на электролизёр напольной техникой (МРГ, МРГ–В, МЗГ, МЗГВ) через бункера АПГ. Применяется для корректировки состава электролита.
Фтористый кальций доставляется в мягких специализированных контейнерах и загружается в электролизёр вручную.
Угольная пена, образующаяся в результате электролиза, собирается в специализированную тару и вывозится на участок производства фтористых солей и пылеулавливания для переработки. В результате переработки образуются флотационный криолит и хвосты флотации. Флотационный криолит доставляется в корпуса электролиза, хвосты флотации на шламовые поля для дальнейшей переработки.
Флотационный криолит получается методом флотации угольной пены на участке производства фтористых солей и пылеулавливания (УПФСиПУ). Применяется для наплавления уровня электролита, восполнения потерь электролита со снятой угольной пеной. Транспортировка в корпуса осуществляется с помощью машины по разгрузке глинозёма (МРГН) или автотранспортом (мульдами разгружается в специально оборудованные лари). Отдается в электролизёр вручную или с помощью МРГН;
Сода кальцинированная транспортируется на завод железнодорожным транспортом, хранится на складе, в корпус завозится в необходимом количестве для пуска электролизёров и корректировки состава электролита
Фторсодержащее сырьё, образующееся при капитальном ремонте электролизёра (пушонка, сухая выбойка) подлежит возвращению в производство для подготовки электролита.
Шест гасильный транспортируется на завод автомобильным транспортом, в корпус завозится по заявке. Применяется для гашения анодных эффектов.
Перестановка штырей осуществляется с помощью электромостового штыревого крана. Штыри после извлечения из тела анода доставляются на участок «ШЛИК», На участке «ШЛИК» штыри проходят очистку дробеметной установкой от окалины и доставляются обратно в корпус для установки в аноды.
Образующийся в процессе электролиза жидкий алюминий периодически выливается, тем самым в электролизёре поддерживается необходимый уровень металла, установленный технологическими регламентами. Произведенный металл выливается из электролизёров с помощью вакуум–ковша и доставляется в литейное отделение для переработки. Из литейного отделения готовая продукция отгружается потребителям.
В результате процесса производства алюминия–сырца образуются отходы: АL–«козлы», пушонка, сметки. Переплавка алюминиевых «козлов» на действующих электролизерах запрещена. Алюминиевые «козлы» поступают на переработку в литейное производство, где они переплавляются в газопламенной печи, или на специализированном предприятии. Сметки (глинозём и оборотный электролит, собранный с нулевой отметки и шинных каналов корпусов электролиза) проходят стадию просеивания и возвращаются в производство, с последующей переплавкой на действующих электролизерах. Пушонка переплавляется в корпусах электролиза на электролизерах с соблюдением требований безопасности.