УДК 669.713:661.48
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОПИТКИ КОКСА ПЕКОМ
ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ АНОДОВ ДЛЯ АЛЮМИНИЕВЫХ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ
© Шахрай Сергей Георгиевич1, канд. техн. наук, e-mail: shahrai56@mail.ru; Шарыпов Никита Анатольевич1, e-mail: Nikita.Sharypov@gmx.com; Белянин Александр Владимирович2, e-mail: belyaninav@yandex.ru
1 ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет». Россия, г. Красноярск
2 ОАО «РУСАЛ Красноярск». Россия, г. Красноярск Статья поступила 09.12.2013 г.
Рассмотрены проблемы качества и производства анодной массы для самообжигающихся анодов алюминиевых электролизеров. Представлены результаты лабораторных испытаний технологии глубокой пропитки коксовой пыли каменноугольным пеком за счет придания им разнополярных зарядов в высоковольтных зарядных установках постоянного тока при производстве анодной массы. Технология позволяет существенно повысить качество анодной массы при одновременном снижении издержек на ее производство, а также улучшить технико-экономические (ТЭП) и экологические показатели производства алюминия. Это достигается увеличением степени пропитки коксовой пыли каменноугольным пеком, снижением осыпаемости анода при его эксплуатации в условиях действующего электролизера и сокращением выхода угольной пены. Увеличение производительности оборудования получения анодной массы вследствие сокращения времени смешивания компонентов приводит к снижению издержек производства. Улучшение экологических показателей обеспечивается уменьшением времени нахождения электролизера в разгерметизированном состоянии и сокращением удельных выбросов фторидов в атмосферу.
Ключевые слова: анодная масса; коксовая пыль; пек; способ производства анодной массы.
Анодная масса представляет собой смесь дробленого кокса частицами размером 12,5 мм и меньше с каменноугольным пеком [1]. Смешивание проводят при температуре 210-220 °С, что обеспечивает довольно полную пропитку частиц кокса пеком. Однако при этом пылевидные частицы менее 0,212 мм в недостаточной степени пропитываются пеком из-за низкой смачиваемости. При загрузке такой анодной массы в электролизер пылевидные частицы вследствие селективного окисления анода попадают в электролит, образуя угольную пену, удельный выход которой на отдельных электролизерах может достигать 50-60 кг/т А1, а удельный расход анода возрастать до 530-550 кг/т А1. Негативное влияние повышенного выхода угольной пены выражается в ухудшении растворения глинозема в расплаве, повышении сопротивления электролита и, как следствие, росте рабочего напряжения, что в итоге приводит к снижению выхода по току и повышенному расходу электроэнергии на электролизерах [2].
Удаление пены из расплава осуществляют при разгерметизированном газосборном колоколе, что сопровождается значительными потерями фтористых солей - порядка 18 кг/т А1 со снятой угольной пеной и до 4 кг/т А1 - вследствие их испарения [3], что опять же ухудшает экологические показатели.
Воздействие ударных нагрузок и кавитации в процессе производства коллоидной анодной массы способствует очистке и смачиванию поверхности кокса, препятствует образованию пылевых агломератов и обеспечивает эффективную гомогенизацию композиции. В гидроударно-кавита-ционном поле одновременно с гомогенизацией происходит резонансное разрушение частиц. При этом разрушение частиц кокса происходит в среде расплавленного пека, что предотвращает пассивацию поверхности разрушения атмосферными газами и улучшает смачивание [4]. Однако такой метод смешивания не позволяет существенно повысить качество анодной массы вследствие того, что в гидроударно-кавитационном диспергаторе на пылепековую композицию оказывается лишь механическое воздействие, не обеспечивающее заполнение и пропитку мельчайших пор частиц и пылинок кокса пеком. И это при том, что время смешивания коксовой пыли с пеком в гидро-ударно-кавитационном диспергаторе составляет порядка 10 мин. ^
о
В настоящей статье представлены результаты ™ лабораторных испытаний технологии глубокой
пропитки коксовой пыли каменноугольным пе- ^ ком при производстве анодной массы (АМ).
Более глубокая пропитка кокса жидким пеком Ц
достигается приданием коксовой пыли и рас- |
6
Рис. 1. Компоненты анодной массы без заряда (а) и заряженные (6): 1 - в исходном состоянии; 2 - через 50 с; 3 - через 5 мин
4 - через 3 мин
Рис. 2. Технологическая схема получения анодной массы с высоковольтными зарядными установками
плавленному пеку перед их введением в смеситель разнополярных зарядов в высоковольтных зарядных установках постоянного тока [5]. Испытания технологии выполнены в одной из лабораторий Института цветных металлов и материаловедения Сибирского федерального университета. Коксовую пыль и расплавленный пек пропускали через высоковольтную зарядную установку, где на них в течение 1-3 с воздействовали разнополяр-ными зарядами, генерируемыми на электродах установки, которые находятся под напряжением от 24 до 50 кВ постоянного тока. В результате коксовой пыли придавали положительный заряд, а пеку - отрицательный, что увеличило скорость смачивания и пропитки пыли пеком в 2-3 раза, о чем свидетельствует более короткий промежуток времени, в течение которого смоченный кокс погружался в пековый расплав (рис. 1).
Преимущества испытанной технологии заключаются в существенном снижении времени смешивания компонентов, повышении качества готовой анодной массы и снижении ее расхода в процессе электролитического получения алюминия.
Представленная технология глубокой пропитки коксовой пыли жидким пеком может быть легко адаптирована для существующего технологического процесса получения анодной массы. При этом высоковольтная зарядная установка пыли располагается между подогревателем коксовой пыли и смесителем, пека - между дозатором пека и смесителем (рис. 2).
Алгоритм получения анодной массы по предлагаемой технологической схеме следующий. Компоненты коксовой шихты - крупку различного фракционного состава из бункеров 2 дозаторами 3 и транспортными шнеками 5 подают в подогреватель 6, где ее предварительно нагревают до температуры 200-220 °С. Далее нагретые компоненты коксовой шихты подаются в смеситель 11. Коксовая пыль перед поступлением в смеситель 11 дозатором 4 из бункера 1 подается в подогреватель пыли 9, где она также нагревается до температуры 200220 °С. Пек, предварительно нагретый до температуры 200-240 °С, подается в дозатор 8. Далее подогретые коксовая пыль и пек поступают в высоковольтные зарядные установки 7, где они в течение 1-3 с приобретают электрические заряды, пек - отрицательный, коксовая пыль - положительный. При этом напряжение на электродах высоковольтных зарядных установок находится в пределах 24-50 тыс. В постоянного тока. Заряженные таким образом пек и коксовая пыль также поступают в смеситель 11, где в течение 3-4 мин происходит их смешивание между собой и с коксовой шихтой. Из смесителя 11 готовая анодная масса подается в экструдер 10 на формовку брикетов. В целом процесс приготовления анодной массы занимает 4-5 мин, что в два раза меньше, чем при обработке коксо-пеко-вой композиции в гидроударно-кавитационном диспергаторе.
Заключение. Представленная технология позволяет существенно повысить производительность оборудования получения анодной массы вследствие сокращения времени смешивания более чем в два раза.
Сокращение времени смешивания компонентов уменьшает удельные расходы электроэнергии на производство анодной массы на 20-25 кВт/т (с учетом энергопотребления высоковольтной зарядной установкой).
Увеличение степени пропитки коксовой пыли пеком снижает осыпаемость анода в условиях действующего электролизера и уменьшает выход угольной пены на 5-7 кг/т А1.
Уменьшение выхода угольной пены снижает время нахождения электролизера в разгерметизированном состоянии в среднем на 0,2-0,25 ч в течение суток, что обеспечивает сокращение удельных выбросов фторидов на 0,1-0,2 кг/т А1.
Библиографический список
1. Галевский Г.В., Жураковский В.М., Кулагин Н.М. и
др. Технология производства электродных масс для алюминиевых электролизёров. Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1999. 295 с.
2. Perruchoud R., Hulse K., Fischer W. Dust Generation and Accumulation for Changing Anode Quality and Cell Parameters: Light Metals, 1999. P. 509-516.
3. Буркат В.С., Друкарев В.А. Сокращение выбросов в атмосферу при производстве алюминия. СПб. : ООО «Лю-бавич», 2005. 275 с.
4. Фризоргер В.К., Храменко С.А., Анушенков А.Н. и др. Технология коллоидной анодной массы для анода Со-дерберга: Сб. докл. XIV междунар. конф. «Алюминий Сиби-ри-2008». С. 209-212.
5. Пат. 2464360 РФ, МП К С25С3/12. Способ производства анодной массы / Лапаев И.И., Шахрай С.Г., Шарыпов Н.А., Будник Е.В. - заявл. 07.04.2011, опубл. 20.10.2012, Бюл. № 29.
INCREASE OF COKE IMPREGNATION EFFICIENCY BY PITCH AT PRODUCTION OF ANODE PASTE FOR ALUMINUM CELLS
© Shakhrai S.G., Cand. Sci. (Eng.); Sharypov N.A.; Belyanin A.V.
The problems of quality and production of anode paste for the Soderberg anodes was considered. The results of laboratory tests of the technology of deep impregnating coal-tar pitch coke dust by giving them a high-voltage bipolar charges charging DC installations in the production of anode paste was presented. Proven technology can significantly improve the quality of the anode mass while reducing the costs of its production, and improve the technical-economic parametrs (TEP) and the environmental performance of the production of aluminum. Improving the quality and the TEP is achieved by increasing the degree of impregnation of coal-tar pitch coke dust and decrease carbon dust. Reduced production costs achieved by increasing hardware performance of anode mass by reducing the time of mixing. Improved environmental performance provides a reduction of the cell residence time in depressurized state and the reduction of specific emissions of fluorides in the atmosphere.
Keywords: anode paste; coke dust; pitch; process of anode paste production.
ЭКСПРЕСС-ИНФОРМАЦИЯ
НКМЗ завершил крупный и сложный заказ для ArcelorMittal Temirtau (Казахстан)
Ново
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.