5.1.6. Вспомогательное оборудование Вакуумный ковш для удаления алюминия.
Накапливающийся в подине электролизера алюминий извлекают 1 - 2 раза в смену вакуумным ковшом, рис.5.18.
Вакуум-ковш представляет собой литейный ковш с плотно пригнанной крышкой. В ковше имеются два штуцера. К одному из низ подсоединена коленчатая труба для отсасывания алюминия, к другому - вакуумный насос. Для отбора алюминия пробивают дыру в гарниссаже,
Рис.5.18. Вакуум-ковш для извлечения алюминия из ванны.
трубу погружают в расплавленный алюминий и в ковше создают разряжение. При этом часть алюминия из электролизера засасывается в ковш. После извлечения части алюминия, в электролизере остается слой расплавленного металла толщиной 25-35 см.
5.1.7. Рафинирование алюминия
Алюминий, получаемый электрохимически, содержит большое количество растворенного водорода, глинозем, фториды и другие примеси, ухудшающие механические свойства алюминия и уменьшающие его электропроводность. Поэтому, алюминий-сырец подвергается рафинированию.
Рафинирование может производиться при продувании через расплавленный алюминий газообразного хлора при температуре 750-770оС, переплавкой в электропечах или электрохимически, в специальных электролизерах. Эти электролизеры конструктивно практически идентичны алюминиевым электролизерам с обожженными анодами. Главным отличием является изменение полярности электрического тока: к поду электролизера подается “+”, а к верхней части - “-”.
Анодом является загрязненный, а значит, более тяжелый слой алюминия с плотностью 3,5 г/л (к алюминию даже специально добавляют утяжелители, например, медь). В качестве катода выступает чистый алюминий с плотностью 2,7 г/л. Слои чистого и грязного алюминия разделяются электролитом - слоем расплавленных солей BaCl2, AlF3 и NaF, который по плотности занимает промежуточное положение между грязным и чистым алюминием. Такой способ рафинирования получил название трехслойного и заключается в растворении алюминия из анода и разряда чистого алюминия на катоде.
Электролизеры для рафинирования алюминия
Современные электролизеры для производства алюминия высокой чистоты рассчитаны на токовую нагрузку около 50000 А. Габариты электролизера и технологическая плотность тока также зависят от его мощности. Обычно, анодная и катодная плотности тока колеблются в пределах от 0,5 до 0,7 А/см2.
Схема электролизера для рафинирования алюминия средней мощности показана на рис.5.19. Электролизер смонтирован на анодном кожухе с днищем, с наружной стороны укрепленном вертикальными и горизонтальными ребрами жесткости из швеллеров и двутавров. Днище пода теплоизолировано слоями асбеста, глинозема и шамотного кирпича. Подина выполнена из угольных блоков с залитыми в них стальными токоподводящими стержнями. Блоки уложены на подушку из угольной массы.
Боковые стенки кожуха футерованы листовым асбестом толщиной около 10 мм и шамотным кирпичом, шахта электролизера - магнетитовым кирпичом, стойким в электролите рафинирования. Глубина шахты составляет 700-900 мм. В торцах электролизера смонтированы загрузочные карманы, также футерованные магнетитом. Подвод тока к электролизеру может быть односторонним (для электролизеров малой мощности) или двусторонним. Анодом служит угольная подина и тяжелый сплав алюминия с медью.
Рис.5.19. Конструкция электролизера для рафинирования алюминия.
1-подовые угольные блоки, 2- футеровка шахты из магнезитового кирпича, ребра жесткости, 3- шамотный кирпич, фундамент, 4- алюминиевая катодная шина, 5- механизм подъема катодов, 6 -крышки, 7- алюминиевые катодные штанги, 8- графитовые катоды в алюминиевой рубашке, 9- загрузочный карман, 10 кожух.
Ток к катоду (слою рафинированного алюминия) подается с помощью графитовых электродов, погруженных в алюминий на глубину 4-7 см. Для предохранения от интенсивного разрушения, они покрыты слоем алюминия толщиной 20-25 мм. Катоды укреплены на катодной шине, положение которой может меняться с помощью специального механизма.
Число и размер катодов в электролизере зависят от его мощности. В ваннах мощностью 40-60 кА применяются графитовые электроды диаметром 400 и высотой 300-350 мм.
Для уменьшения потерь тепла через верх ванны электролизер закрывают легкими алюминиевыми крышками. Для предохранения атмосферы на электролизерах монтируется газоотсосный желоб, подключенный к вытяжной вентиляции.