Извлечение фтористых солей из отходящих газов

С анодными газами из электролизера в систему газоотсоса уходят образовавшиеся фториды:

- газообразные HF, CF₄, C₂F₆ и SiF₄, которые остаются газами при температуре окружающей среды;

- твёрдые Na₃AlF₆, Na₅Al₃F₁₄, AlF₃, CaF₂, которые образуются при испарении из электролита и при увлечении твердых материалов газами с корки электролита и при питании электролизёра.

Образование HF происходит по двум основным причинам: за счёт взаимодействия с влагой глинозёма и за счёт электрохимической реакции с водородом анода. При этом протекают следующие реакции:

3H₂O + 2AlF₃ = 6HF + Al₂O₃ (12.1)

H₂ + AlF₃ = 2HF + Al (12.2)

Повышенный расход фторида алюминия происходит также и из-за химической реакции с оксидом натрия Na₂O, содержащимся в глиноземе. При этом нарабатывается излишний криолит по реакции:

3Na₂O + 4AlF₃ = 2Al₂O₃ + 2Na₃AlF₆ (12.3)

При удельном расходе глинозёма 1915 кг/т Al и содержании в нём Na₂O ≈ 0,4 % (масс.), фторида алюминия потребуется 13,8 кг/т Al и при этом образуется 17,6 кг криолита, который сливают из ванны и называют «оборотным».

Согласно ГОСТ 30558-2017 на глинозём, содержание СаО в нём не регламентируется, его не считают вредной примесью, хотя на реакцию (12.3) расходуется гораздо более дорогостоящий фторид алюминия. При содержании 0,03 % СаО в глиноземе, расход фторида алюминия составляет 0,6 кг/т Al.

Потери электролита со снимаемой угольной пеной из электролизёра не являются безвозвратными потерями фтора в масштабах завода. При содержании фтора в пене 33% и выходе угольной пены 35 кг/т Al, криолита будет удалено 19,1 кг, а фторида алюминия – 1,7 кг на тонну алюминия.

Каждый из нижеперечисленных путей может уменьшить потери фтора, но при этом проявятся и негативные стороны этого подхода:

- улучшение качества анода (при этом увеличивается его стоимость);

- уменьшение частоты и/или продолжительности анодных эффектов (при этом увеличивается стоимость контроля, возникает опасность образования осадков);

- поддержание низкой концентрации глинозёма в электролите (при этом возникает риск образования осадков и коржей, что снижает выход по току);

- уменьшение перегрева электролита (при этом возрастает стоимость контроля);

- уменьшение влажности глинозёма (при этом снизится его удельная поверхность и сорбционная ёмкость);

- увеличение удельной поверхности глинозёма (при этом может возрасти его влажность);

- увеличение КО (при этом может уменьшиться выход по току);

- использование добавки фторид лития (но он имеет высокую стоимость и загрязняет металл).

Состав анодных газов различен и зависит от режима работы ванн, типа укрытия и состояния системы вентиляции. Анодные газы из корпусов электролиза поступают на газоочистные установки для удаления примесей:

- твёрдых C, Al₂O₃, Na₃AlF₆, Na₅AlF₁₄, AlF₃, CaF₂, углеводороды;

- газообразных HF, CF₄, C₂F₆, SiF₄, SO₂, H₂S, CS₂, COS, CO₂, CO, H₂O, углеводороды.

Содержание примесей в газах зависит от типа электролизёра (СОА или ОА), поэтому применяют различные системы очистки с соответствующим оборудованием.