Влияние электролита различного состава на удельный расход образцов обожженных анодов при электролитическом получении алюминия

Ветюков и др. [14] исследовали зависимость общего расхода углерода от анодной плотности тока. Они предположили, что газифицировавшийся углерод был равен

Влияние электролита различного состава на удельный расход образцов обожженных анодов при электролитическом получении алюминия

Дипломная работа

Физика

Другие дипломы по предмету

Физика

Сдать работу со 100% гаранией

Содержание

 

Введение

. Специальная часть

.1 Литературный обзор

.1.1 Основные механизмы потерь анода

.1.2 Факторы, влияющие на удельный расход анода при электролизе

.1.3 Как предсказать расход анода

.1.4 Методы определения удельного расхода анода при электролизе

.2 Техническое описание экспериментальной установки и методика работы на ней

.2.1 Подготовка оборудования к эксперименту по расходу анода

.2.2 Проведение эксперимента

.2.3 Обработка полученных экспериментальных данных

.3 Результаты экспериментов

. Безопасность жизнедеятельности

.1 Анализ условий проведения эксперимента

.1.1 Перечень потенциально опасных и вредных факторов

.1.2 Физико-химическая и токсикологическая характеристика веществ

.1.3 Характеристика помещения для проведения работ

.2 Мероприятия по защите от выявленных опасных и вредных факторов

.2.1 Технические и организационные мероприятия

.2.2 Электробезопасность

.2.3 Противопожарные меры безопасности

. Смета затрат на проведение научно-исследовательской работы

.1 Экономическое обоснование научно-исследовательской работы

.2 Сетевая модель научно-исследовательской работы

.3 Смета затрат

.3.1 Стоимость оборудования и материалов

.3.2 Заработная плата исполнителей

.3.3 Отчисления на социальное страхование

.3.4 Амортизация оборудования

.3.5 Энергетические затраты

.3.6 Накладные расходы

.3.7 Составление сметы затрат

Список используемой литературы

 

Введение

 

При электролитическом получении алюминия происходит непрерывный расход угольных анодов, доля стоимости которых в себестоимости алюминия составляет 15-17 % от общей структуры затрат.

Как известно, теоретический расход углерода при электролизе алюминия составляет 334 кг/т Al. На сегодняшний день лучшие показатели по расходу анода достигнуты на зарубежных предприятиях. Эти показатели имеют следующие значения: для электролизеров с обожженными анодами составляют 390 кг/т Al, а для электролизеров с анодами Содерберга с боковым и верхним токоподводом - 430 и 493 кг/т Al соответственно, что значительно превосходит теоретический расход углерода анода. На КрАЗе для электролизеров с верхним токоподводом расход углерода еще выше и составляет 530 кг/т Al, что означает и более высокую долю стоимости анодов в себестоимости алюминия по сравнению с зарубежными аналогами.

Установлено, что повышение расхода анода на 1 кг /т Al приводит к увеличению стоимости производства алюминия примерно на 2 US$/т Al. Таким образом, по сравнению с лучшими зарубежными показателями стоимость 1 тонны алюминия на КрАЗе выше на (530 - 493) · 2 = 74 US$ или примерно на 2050 рублей, только за счет более высокого расхода анода. Такие высокие затраты обуславливают необходимость поиска эффективных путей снижения удельного расхода угольных анодов.

Одним из путей решения этой проблемы на мой взгляд является исследование влияния на расход анода различных характеристик и условий, в которых происходит электрохимический процесс, и затем подбор свойств анода и установление таких параметров электролиза, которые бы приводили к снижению расхода анода без ухудшения других технико-экономических показателей.

К основным факторам, влияющим на расход анода, можно отнести его плотность, прочность, реакционную способность, газопроницаемость, содержание примесей, состав электролита и др. На сегодняшний день для изучения влияния перечисленных факторов на удельный расход углерода используют два способа.

Первый способ заключается в наблюдении за параметрами работы промышленных электролизеров, а затем на основе полученных статистических данных делается анализ, позволяющий выявить влияние различных промышленных факторов и свойств анода на его расход. Недостатком данного способа является длительность исследования (от 6 месяцев и более) и трудность оценки влияния конкретного фактора на показатели работы электролизера (в данном случае на удельный расход углерода), в силу того, что алюминиевый электролизер представляет собой довольно сложную систему, на состояние которой влияют очень многие факторы и условия.

Второй способ заключается в испытании образцов, изготовленных в лабораторных условиях, с помощью стандартных методов анализа, включающих в себя изучение реакционной способности в токе СО2 и воздуха. Недостатком этого способа является то, что используемые методы анализа не включают тесты на электрохимическую активность анода, т.е. на удельный расход анода непосредственно при электролизе в криолитоглиноземном расплаве. Поэтому на данные, полученные указанным образом, нельзя опираться при прогнозировании расхода анода.

Недостатки обоих способов послужили причиной создания универсального способа прогнозирования удельного расхода анода, который совмещает в себе как быстроту проводимых исследований, так и имитацию основных процессов, происходящих в промышленной ванне.

Целью данной дипломной работы является исследование влияния электролита различного состава на удельный расход образцов обожженных анодов при электролитическом получении алюминия.

Исследование образцов анодных блоков на данной экспериментальной установке даст возможность определить, в какой степени удельный расход углерода зависит от свойств исходного сырья, рецептуры и технологии приготовления обожженных анодов.

Испытание на экспериментальном комплексе достаточно большого количества анодных образцов с различными свойствами, изменяющимися в широком диапазоне, дает возможность в дальнейшем вывести математическое уравнение для расчета удельного расхода обожженного анода. Это уравнение позволит прогнозировать эффективность или убытки при использования анодов различного качества.

Помимо этого, экспериментальная установка позволяет определить зависимость расхода углерода не только от качества анодов, но и от свойств и состава используемого электролита, а это в еще большей степени подтверждает необходимость проведения данной научно-исследовательской работы.

 

1. Специальная часть

 

.1Литературный обзор

 

.1.1 Основные механизмы потерь анода

Угольные аноды, используемые в ваннах Эру-Холла, могут быть монолитными телами, которые обжигаются теплом, образованным в ванне (аноды Содерберга), или состоять из нескольких угольных блоков, обожженных вне ванны (обожженные аноды). Практически все производители алюминия в последнее время перешли или переходят на использование технологии обожженных анодов. Однако используемое сырье и механизмы расхода обожженных анодов подобны таковым для анодов Содерберга.

На рис. 1.1 представлена структура расхода анода:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.1 - Структура расхода анода

 

Стоимость анодов составляет 15-17 % от себестоимости алюминия, поэтому снижение потерь углерода особенно важно. На сегодняшний день большинство зарубежных заводов для производства алюминия используют электролизеры с обожженными анодами, для которых расход углерода составляет 0,4-0,45 кг С/кг Al, в то время как на российских заводах превалируют самообжигающиеся аноды, расход которых больше, чем обожженных и зачастую превышает 0,5 кг С/кг Al [1].

На практике анод расходуется по электрохимическим, химическим и механическим процессам. Рассмотрим в отдельности каждый из них.

Электрохимический расход анода

Большая часть анода расходуется непосредственно на электролитический процесс. Во время электролиза из растворенного в криолите глинозема атомы кислорода разряжаются на поверхности анода и реагируют с горячим углеродом с образованием первичного продукта СО2, который покидает окрестность электрода в виде газовых пузырей. Электролитический процесс может быть представлен реакцией:

 

Al2O3(раств) + 3C(анод)= 4Al(ж) +3CO2(газ) (970 oC) (1.1)

 

Также вероятно, что первичным продуктом может также быть СО согласно реакции:

2O3(раств) + 3C(анод)= 2Al(ж) + 3CO(газ) (970 oC) (1.2)

 

Если реакция (1.2) происходит, то в этом случае анод расходуется вдвое быстрее, чем по реакции (1.1). Однако первичное образование СО происходит только при очень низкой плотности тока (0,1-0,3 А/см2). При плотностях тока применяемых в промышленности (0,6-1,3 А/см2) преобладает первичное образование газа СО2.

Реакция с диоксидом углерода

Образование газа СО возможно за счёт взаимодействия между диоксидом углерода и углеродом (реакция Будуара), представляется реакцией:

2(газ) + C(анод)=2CO(газ) (1.3)

 

Эта реакция может иметь место на поверхности анода ниже уровня электролита, в порах анода и на частицах углерода в расплаве. Скорость этой реакции удваивается при повышении температуры на каждые 40 ºС выше 800 ºС.

Гидравлическое давление электролита в сочетании с пористой природой анодов приводит к проникновению электрохимически образованного СО2 внутрь анода. Там он взаимодействует в основном с коксом из связующего и более пористым коксом (если анод плохо прокален).

Термодинамическая вероятность реакции Будуара наступает при температурах выше 700 ºС: ΔGо = -171,642 - 0,1737Т кДж/моль. При температуре выше 930 оС равновесие реакции (1.3) полностью сдвинуто вправо и ее скорость примерно удваивается от 960 оС к 1000 оС.

Первичное выделение газа СО2 в процессе электролиза и температура процесса около 970 оС означают, что реакция (1.3) может происходить на аноде в электролизере. Однако, утверждается, что во время элек

Похожие работы

1 2 3 4 5 > >>