Способ оперативного определения концентрации глинозема в электролите алюминиевого электролизера

(51) 25 3/20 (2012.01) 01 25/06 (2012.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН фтористого кальция,- содержание фтористого 2 магния в электролите, . Технический результат изобретения заключается в том, что концентрация глинозема в электролите определяется непосредственно при измерении температуры ликвидуса, что используется для оперативной корректировки параметров технологического режима посредством изменения количества подаваемого глинозема.(76) Камзин Жумабек Жукенович Батраченко Андрей Алексеевич(54) СПОСОБ ОПЕРАТИВНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ГЛИНОЗЕМА В ЭЛЕКТРОЛИТЕ АЛЮМИНИЕВОГО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА(57) Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к области получения алюминия электролитическим способом. Способ оперативного определения концентрации глинозема в электролите алюминиевого электролизера,включает отбор пробы электролита, измерение температуры ликвидуса электролита, при этом дополнительно один раз в 1-7 дней определяют криолитовое отношение, содержание фтористого кальция и фтористого магния в электролите, а текущую концентрацию глинозема в пробе рассчитывают по формуле Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к области получения алюминия электролитическим способом. Электролитическое получение алюминия производится в криолит - глиноземном расплаве электролита при температуре расплава 945-965 С. Глинозем является одним из основных расходуемых материалов. В обычных условиях содержание глинозема в электролите изменяется в процессе эксплуатации и составляет 1-6. При низкой концентрации 1-2 повышается вероятность возникновения анодного эффекта, приводящего к резкому росту напряжения и расхода электроэнергии. При увеличении концентрации более 3-4 происходит увеличение электросопротивления электролита, что также приводит к увеличению расхода электроэнергии. По вышеуказанным причинам, при электролизе алюминия, стараются поддерживать концентрацию глинозема в электролите в оптимальном диапазоне 2-3, для чего применяют ряд технических мероприятий, таких как контроль содержания,снижение разовой дозы подаваемого глинозема через систему АПГ, специальный алгоритм поддержания концентрации и др. (Справочник металлурга по цветным металлам. Производство алюминия. М. Металлургия, 1971, с.560). Определение и поддержание основного расходуемого компонента в оптимальном диапазоне- одна из основных задач при электролитическом получении металлов. Определение концентрации глинозма в алюминиевом электролизере производят,как правило,анализом проб электролита(химическим или рентгенодифрационным) с выдачей результатов минимум через 3-4 часа,с помощью дополнительных электродов (датчиков), а также по косвенным признакам по изменению электрических характеристик, с применением математических моделей. Известен способ определения концентрации глинозема в криолит - глиноземном расплаве и устройство для его осуществления (Патент РФ 2370573, кл. С 25 С 3/06, С 25 С 3/20 от 09.04.2007 г.), который включает погружение датчика в криолит-глиноземный расплав, измерение силы тока на датчике при принудительном линейном изменении напряжения на датчике посредством управляемого источника напряжения,построение вольтамперной кривой по полученным значениям силы тока и напряжения и определение силы тока пика на полученной вольтамперной кривой, соответствующей началу анодного эффекта на аноде датчика, и определение концентрации глинозема на калибровочной зависимости. Известен способ управления процессом электролитического получения алюминия в электролизере (Патент РФ 2023058, кл. С 25 С 3/20,С 25 С 7/06 от 12.11.1990 г.), который включает измерение напряжения и силы тока на электролизерах,количество загружаемого глинозема, измерение приращений этих величин,определение с помощью математической модели 2 междуполюсного расстояния,температуры электролита и концентрации глинозема в расплаве и изменение положения анодного массива в зависимости от отклонения междуполюсного расстояния от заданного значения с коррекцией по температуре, а также изменение частоты подачи порций глинозема в зависимости от отклонения концентрации глинозема в расплаве от заданного значения. Известен способ управления электролизерами для получения алюминия и устройство для его осуществления (Патент РФ 2189403, кл. С 25 С 3/20 от 05.12.2000 г.), который заключается в поддержании температурного режима электролизера путем регулирования межполюсного расстояния и концентрации глинозема в заданных пределах чередованием режимов избыточного и недостаточного питания, и включает измерение напряжения на электролизере и тока серии, расчет текущего значения приведенного напряжения и скорости его изменения во времени, сравнение вычисленных значений с заданными и принятие решений о регулировании межполюсного расстояния и переходе к режимам избыточного или недостаточного питания глиноземом по результатам сравнения. Большинство данных предложений по определению концентрации алюминия в электролите не могут быть использованы для оперативного регулирования электролизером,поскольку конечный результат получается со значительной задержкой во времени, что снижает эффективность управления, которое, как правило,производят не по абсолютной величине концентрации глинозема, а по изменению электрических характеристик электролизера,напрямую зависящих от нее. Также известен способ регулирования электролизера для получения алюминия (Патент РФ 2296188, кл. С 25 С 3/20 от 14.10.2002 г.), который включает контролируемое введение определенного количества глинозема в электролит, определение значения показателя количества введенного глинозема, который быстро растворился в электролите, определение количества введенного глинозема, который быстро не растворился в электролите, регулирование с помощью по меньшей мере одного средства регулирования и/или по меньшей мере одной операции регулирования, и/или по меньшей мере одного вмешательства в электролизер в зависимости от полученного значения количества таким образом, чтобы поддерживать его или довести его до более низкого значения, чем опорное значение. Определение показателя концентрации и долей растворенного глинозема производят путем отбора проб электролита или с помощью специальных датчиков,например оптических. Недостатками данного способа является использование химических способов для анализа проб, а также использование оптических датчиков,которые в условиях промышленного электролиза обладают значительной погрешностью, вследствие выделения и наличия многоатомных газов под укрытием электролизера, а также переменной отражательной способностью поверхности электролита. Наиболее близким к предлагаемому способу по совокупности признаков, принятым за прототип,является способ и устройство для определения содержания хлористого магния в электролите магниевого электролизера (Патент РФ 2204630,кл. С 25 С 7/06 от 28.12.2001 г.), заключающийся в отборе пробы электролита,определении температуры ликвидуса и ее отклонения от точки отсчета, по которым рассчитывается содержание основного переменного компонента электролита. Недостатками данного способа являются использование при определении основного расходуемого компонента постоянной константы С 0,принятой за точку отсчета и зависящей от измеряемого параметра (температура ликвидус), а также коэффициента К, определяемого по теоретической тройной диаграмме плавкости и не учитывающего многообразия физико-химических процессов в реальном промышленном электролизере. Использование теоретической диаграммы плавкости приводит к дополнительным затратам времени определения содержания основного компонента. Задачей настоящего изобретения является разработка более простого и надежного способа оперативного определения концентрации глинозема в электролите алюминиевого электролизера. Для этого предложен способ оперативного определения концентрации глинозема в электролите алюминиевого электролизера, включающий отбор пробы электролита и измерение температуры ликвидуса электролита Тл, отличающийся тем, что дополнительно один раз в 1-7 дней определяют криолитовое отношение, содержание фтористого кальция и фтористого магния в электролите, а текущую концентрацию глинозема в пробе рассчитывают по формуле 2 3 К 10,814 К 2 Т л ,где 23 - концентрация глинозема,Тл температура ликвидуса электролита, С К 1 и К 2 коэффициенты уравнения. Коэффициент К 1 является функцией только криолитового отношения (или избытка трифторида алюминия 13) и рассчитывается как К 19,18-0,544(избыток 13) В реальном диапазоне изменения криолитового отношения (КО) для электролизеров с обожженными анодами 2,15-2,6 коэффициент К 1 составляет 2-5. Коэффициент К 2 является функцией состава электролита и рассчитывается по формуле К 2 - 1010(1,642- 27,73)2/12,083 фтористого кальция,- содержание фтористого 2 магния в электролите, . В реальном диапазоне изменения составляющих состава электролита величина коэффициента К 2 изменяется от -955 до -935 С. Способ основан на следующем. Температура ликвидуса (замерзания - плавления) электролита зависит от его состава и, в первую очередь, от концентрации глинозема (23 криолитового отношения (КО), содержания фтористого кальция Криолитовое отношение, содержание фтористого кальция ( 2 ) и фтористого магния 2 определяют стандартными химическими методами и в процессе эксплуатации они изменяются незначительно,т.е. могут быть приняты по результатам предыдущих анализов, производимых один раз за период 1-7 дней. Данный период определен на основании опыта эксплуатации алюминиевых электролизеров. Результаты анализов за больший период могут значительно отличаться от содержания компонентов состава электролита в текущий момент времени. Таким образом, основным параметром, влияющим на текущую температуру ликвидуса электролита является концентрация глинозема, которая может быть оперативно определена по измеренной температуре и составу электролита. На основании статистических данных измерений температуры ликвидуса на промышленных электролизерах была получена зависимость температуры ликвидуса электролита от вышеперечисленных параметров. Практическую реализацию способа на промышленном электролизере осуществляют следующим образом.отбирают пробу электролитаизмеряют температуру ликвидуса электролитаопределяют криолитовое отношение, содержание фтористого кальция ( 2 ) и фтористого магния рассчитывают текущую концентрацию глинозема в пробе электролите по формуле 2 3 К 10,814 К 2 Т л ,где 23 - концентрация глинозема,Тл - температура ликвидуса электролита, С К 19,18-0,544(избыток 13),К 2 - 1010(1,642- 27,73)2/12,083 магния в электролите, . Примеры конкретного исполнения предлагаемого способа приведены в таблице. Технический результат изобретения заключается в том, что концентрация глинозема в электролите определяется непосредственно при измерении температуры ликвидуса, что используется для оперативной корректировки параметров технологического режима посредством изменения количества подаваемого глинозема. Это обеспечивает эффективное использование глинозма в процессе электролиза и, в конечном итоге, приводит к снижению его расхода на 2-3 кг/т и снижению напряжения на электролизере на 3-10 мВ. фтористого кальция и фтористого магния в электролите, а текущую концентрацию глинозема в пробе рассчитывают по формуле 2 3 К 10,814 К 2 Т л ,где 23 - концентрация глинозема,Тл - температура ликвидуса электролита, С К 19,18-0,544(избыток 3),К 2 - 1010(1,642- 27,73)2/12,083 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ оперативного определения концентрации глинозема в электролите алюминиевого электролизера,включает отбор пробы электролита, измерение температуры ликвидуса электролита Тл,отличающийся тем, что дополнительно один раз в 1-7 дней определяют криолитовое отношение, содержание