CC BY
4Sciences, Republic of Tajikistan. Address: Aini St., Dushanbe, 734063, Tajikistan. Phone: (+992) 937014477. E-mail: [email protected].
Alijon Saidov Abrorovich- Dr., Principal Researcher laboratory of pharmacology Institute o f Chemistry named after V.I. Nikitin National Academy o f Sciences, Republic of Tajikistan, Aini St.,Dushanbe,734063,Tajikistan, Phone: (+992) 935800482. E-mail: [email protected]
Jafari Behzad - PhD-student, Institute of Organic Chemistry, University of Rostock, Germany. Address: 18059 Rostock, Albert-Einstein-Strasse 3a. Phone:+49(0)381/498-6410. E-mail: [email protected].
Peter Langer - Pro f. Director, Institute o f Organic Chemistry, University o f Rostock, Germany. Address: 18059 Rostock, Albert-Einstein-Strasse. Phone: +49(0)381/498-6410. E-mail: [email protected].
Samikhov Shonavruz Rahimovich - Tajik National University, Doctor of Technical Sciences, Head o f the Department o f technology o f chemical industry. Address: 734025, Republic of Tajikistan, Dushanbe, Rudaki Avenue 17, Phone: (+992) 900 199572. Email: [email protected].
УДК:669.713.7:669-45 КОНСТРУКЦИИ, МАТЕРИАЛЫ АНОДНЫХ ТОКОПОДВОДОВ ЭЛЕКТРОЛИЗЁРОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ
Мирпочаев Х.А.
ГУ «НИИМ» ОАО «ТАЛКо»
Анодные токоподводы (АТ) являются недостаточно обследованным компонентом технологии производства алюминия. Известны несколько типовых АТ, применяемых в процессе электролиза алюминия, общим для которых является наличие пяти соединенных между собой конструктивных элементов:
- токоведущей штанги из алюминия (силумина);
- кронштейна с ниппелями из стального литья Ст.20л;
- биметаллической сталеалюминиевой пластины (БМП);
- чугунной заливки между ниппелями и «гнёздами» анодов;
- анодного блока из углеродистого материала.
В данной статье предлагаются некоторые направления снижения расхода анодного блока из углеродистого материала в процессе электролиза алюминия.
Разложение глинозема в процессе электролиза алюминия зависит от материала, из которого изготовлен анодный блок.
1. При применении в качестве анода материала, инертного к кислороду, разложение глинозема происходит по реакции 2А1203 = 4Al + 302.
К таким материалам относятся платина, ферриты, нитриды, карбиды, высокая стоимость и неустойчивость нитридов-карбидов к воздействию HF, CF4, C2F6 которых исключают возможности их широкого применения в промышленности.
2. Практически во всех конструкциях электролизёров используются углеродные аноды из дефицитного малосернистого нефтяного кокса (до 82%) с добавлением огарков и связующего - каменноугольного пека (до 18%).
При использовании анодов из углеродистых материалов в процессе электролитического производства алюминия разложение глинозема происходит с выделением анодных газов и окислением углерода анода. Результаты многих исследований показывают, что состав анодного газа зависит от многих факторов: плотности анодного тока, температуры электролита, выхода по току, типа и качественных показателей анодов, конструкции и мощности электролизеров и т.д. Но главными и определяющими факторами следует считать плотность тока и температуру, т.к. большинство других факторов находятся в зависимости от значений этих параметров процесса. Анодные газы промышленных электролизеров содержат СО2 и СО. Реакции с образованием по отдельности СО2 и СО в электролизёре протекают согласно нижеследующим уравнениям:
А12О3 + 3С = 2А1 + 3С0 (1) 2А1203 + 3С = 4А1 + 3С02 (2)
Теоретически при протекании анодного процесса по уравнению (1) анодный газ будет состоять только из СО, и удельный расход углерода составит 0.667 кг/кг А1, а при протекании процесса по уравнению (2) анодный газ будет состоять только из СО2 и удельный расход углерода составит 0.333 кг/кг А1.
Таким образом, расход углерода при электролитическом производстве алюминия зависит от мольной доли СО и СО2 в анодном газе.
Какая из этих реакций превалирует, зависит от условий электролиза (температура, состав электролита, избыток или недостаток кислорода в процессе разложения глинозема и др.). Число молей углерода (п), участвующих в суммарной реакции, будет переменной.
В общем виде суммарную реакцию (3) можно представить как сумму двух реакций (1) и
(2):
А12О3 + пС = 2А1 + (3-п) СО2 + (2п-3) СО (3), где:
при п = 3, будет происходить реакция с образованием СО (1) и
при п = 6, будет происходить реакция с образованием СО2 (2), а
при п = 0, т.е. без участия углерода или применения в качестве анода материала, инертного к кислороду, так называемого инертного анода будет происходить реакция только с образованием О2.
Схема снижения расхода углерода (анода) в процессе электролиза алюминия, т.е. минимизации расхода анодного блока, не меняя общепринятой конструкции электролизера с обожженными анодами, приведена на. рис. 1.
г Эмтрозт^кп оо с>0 оо СЮ сю сю - Эх™/*""» 0-А1-0-А1Ю 0-А1-0 АГ-0
1 о-сю о=сю о-сю
' 0-А1-0-АГ-0 0-А1-0-А1-0"
0-С0 О-СОО'СООСОО-С оо-со
•т -г. -г -г -г -г 0=А|-0"АГ-0 ОА1-0-АМ
А1 А1 *1 »1
шштт
Ьзммпгок»
—иШЯ!
Рисунок 1 - Схема снижения расхода углерода (анода) в процессе электролиза
алюминия.
а) при недостатке кислорода процесс электролиза алюминия идёт по реакции (1), т.е. образуется СО и происходит высокий расход углерода (анода);
б) при избытке кислорода процесс электролиза алюминия идёт по реакции (2), т.е. образуется СО2 и в два раза снижается расход углерода (анода);
в) для минимизации расхода углерода (анода) в процессе электролиза алюминия, не меняя конструкцию электролизёра с обожженными анодами, предлагается подача СО по трубчатой арматуре под анод (см. зона 2 на рис. 1), как восстановителя для прохождения реакции 2СО + О2 = 2СО2.
Образующиеся анодные газы (преимущественно СО2) очищаются в электрофильтре, скруббере от остаточной пыли и агрессивных составляющих, далее используются для конверсии в СО углями по реакции СО2 + С = 2СО. Полученные в результате реакции газы (преимущественно СО) возвращаются под анод для повторного цикла работы (см. рис. 2).
Рисунок 2 - Схема переработки отходящих газов в процессе электролиза алюминия
При этом одновременно решаются:
1. Экологические проблемы - сокращается выброс СО2 - парникового газа за счет замкнутого цикла переработки по реакции Будуара С + СО2 2СО и возврата в процесс электролиза алюминия переработанных отходящих газов.
2. Снижение себестоимости алюминия за счет значительного уменьшения расхода дефицитного, малосернистого нефтяного кокса при изготовлении обожженных анодов за счёт использования при конверсии CO2 любого вида низкосортного, дешёвого углеродсодержащего сырья (углей).
ЛИТЕРАТУРА
1. Сафиев Х. Состояние и перспективы перехода ГУП "ТАЛКО" на местное сырьё и диверсификации её продукции. / Х.Сафиев, Ш.О. Кабиров, Б.С.Азизов, Х.А.Мирпочаев - Изв. АН РТ. Отд.физ.-мат., хим., геолог. и техн. н., 2011, №3(144) - С.106-112.
2. Сафиев Х. О механизме протекания электродных процессов на угольном аноде при электролитическом производстве алюминия / Х.Сафиев, Б.С.Азизов, Х.А.Мирпочаев, Р.М.Бахретдинов - ДАН РТ, 2012, т.55, №2, С.156-162.
3. R&D Carbon Ltd. Anodes (or Aluminium Industry // 1-st Eddition. 1995.Sierre (Switzerland). — 394 p.
4. Янко Э. А. Научные основы получения углеродных масс и формирования анода алюминиевых электролизеров с повышенной химической и термической устойчивостью: / Э. А. Янко Дис. д-ра техн. наук. — Свердловск: УПИ, 1983.
КОНСТРУКЦИИ, МАТЕРИАЛЫ АНОДНЫХ ТОКОПОДВОДОВ ЭЛЕКТРОЛИЗЁРОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ
В данной статье приведены некоторые направления снижения расхода анодного блока из углеродистого материала в процессе электролиза алюминия. Разложение глинозема в процессе электролиза алюминия зависит от материала, из которого изготовлен анодный блок. При применении в качестве анода материала, инертного к кислороду, разложение глинозема происходит по реакции 2Al203 = 4Al + 302.
К таким материалам относятся платина, ферриты, нитриды, карбиды, высокая стоимость и неустойчивость нитридов-карбидов к воздействию HF, CF4, C2F6 которых исключают возможности их широкого применения в промышленности.
Однако, практически во всех конструкциях электролизёров используются угольные аноды из дефицитного малосернистого нефтяного кокса (до 82%) с добавлением огарков и связующего - каменноугольного пека (до 18%). При использовании анодов из углеродистых материалов в электролитическом производстве алюминия разложение глинозема происходит с выделением анодных газов и окислением углерода анода. Результаты многих исследований показывают, что состав анодного газа зависит от многих факторов: плотности анодного тока, температуры электролита, выхода по току, типа, материала, качества анодов, конструкции и мощности электролизеров и т.д.
Для минимизации расхода углерода (анода) в процессе электролиза алюминия, не меняя конструкцию электролизёра с обожженными анодами, предлагается подача СО по трубчатой арматуре под анод, как восстановителя кислорода для прохождения реакции 2СО + О2 = 2СО2.
Образующиеся анодные газы очищаются от пыли в электрофильтре и в скруббере от агрессивных составляющих, далее используются для конвертации их в СО углями по реакции СО2 + С = 2СО. В результате полученные газы (преимущественно СО) возвращаются под анод для повторного цикла работы.
Ключевые слова: электролизёр, анодный токоподвод, анодный блок.
CONSTRUCTIONS, MATERIALS OF ANODE CURRENT FEEDERS ELECTROLYSERS FOR ALUMINUM PRODUCTION
This article provides some directions for reducing the consumption o f an anode block made o f carbonaceous material in the process of aluminum electrolysis. The decomposition of alumina in the aluminum electrolysis process depends on the material from which the anode block is made. When a material inert to oxygen is used as an anode, the decomposition of alumina occurs according to the reaction 2Al2O3 = 4Al + 3O2.
Such materials include platinum, ferrites, nitrides, carbides, high cost and instability of nitrides-carbides to the action of HF, CF4, C2F6 which exclude the possibility of their widespread use in industry.
However, practically in all designs of electrolysers, carbon anodes are used made of scarce low-sulfur petroleum coke (up to 82%) with the addition of cinders and a binder - coal tar pitch (up to 18%).
When using anodes made of carbon materials in the electrolytic production of aluminum, decomposition of alumina occurs with the participation of carbon from the anode and the release of anode gases. The results of many studies show that the composition of the anode gas depends on many factors: anode current density, electrolyte temperature, current efficiency, type, material, quality of anodes, design and power of electrolyzers, etc.
To minimize the consumption of carbon (anode) in the process of aluminum electrolysis, without changing the design of the electrolyzer with baked anodes, it is proposed to supply CO through tubular fittings under the anode as an oxygen reducing agent for the reaction 2CO + O2 = 2CO2. The forming gases СО2 are cleaned in a scrubber from corrosive gases and dust, they are gasified with coals according to the reaction С + СО2 = 2СО. The CO gases obtained by the reaction are returned under the anode for a repeated cycle of operation of the anode current supply of the electrolyzer.
Key words: electrolyzer, anode current lead, anode block.
Сведения об авторе:
Мирпочаев Хуршед Абдумуминович - заместитель директора по внедрению -главный инженер ГУ «НИИМ» ОАО «ТАЛКо». Адрес: 734003, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. Х.Хакимзаде, 17. Е-mail: [email protected]
About the author:
Mirpochaev Khurshed Abdumuminovich - Deputy Director for Implementation - Chief Engineer of the State Institution "NIIM" of JSC "TALCO". Address: 734003, Republic of Tajikistan, Dushanbe, st. Kh.Khakimzade, 17. E-mail: [email protected]
КИНЕТИКА ОКИСЛЕНИЯ ЦИНКОВОГО СПЛАВА Zn0.5Al, ЛЕГИРОВАННОГО ИТТРИЕМ
Джобиров У.Р.
Таджикский государственный педагогический университет им. С. Айни
Практический и научный интерес представляет исследование кинетики окисления сплавов и твердых металлов кислородом газовой фазы. В результате такого взаимодействия ухудшается качество поверхности сплава, механические свойства изделий снижаются, сплав загрязняется оксидными включениями. Решение этих вопросов в результате определения
