Обслуживание нормально работающих электролизеров

Обслуживание рафинировочных электролизеров при нормальной их работе сводится к следующим операциям:

1) Заливка алюминия-сырца, подлежащего рафинированию.

Алюминий заливают в загрузочный карман электролизера специальной машиной с графитовым штоком, дающим возвратно-поступательное движение, при этом металл смешивается с анодным сплавом. Дело в том, что плотность заливаемого алюминия много ниже не только анодного сплава, но и электролита. При заливке без перемешивания струя алюминия может не смешаться с анодным сплавом и алюминий попадёт в электролит, а из него в катодный металл.

2) Приготовление анодного сплава

Анодный сплав также готовят в ваннах-матках. Для этого сначала удаляют катодный металл, первичный алюминий заливают в загрузочный карман, а подогретую чистую электролитическую медь вводят через слой электролита. Сплав выливают из ванны-матки с помощью вакуум-ковша.

В ваннах-матках проводится также операция пропитывания графитированных катодов электролитом перед заливкой на них защитных алюминиевых "рубашек".

3) Корректировка состава электролита и анодного сплава.

По данным анализов и замеров, проводимых согласно схеме контроля технологических параметров и процесса, осуществляют корректировку электролита и анодного сплава. Приготовленный в ванне-матке электролит заливают при помощи специального графитового стакана с отверстиями в боковой поверхности, опуская через слой катодного алюминия. Анодный сплав заливают в электролизер для восполнения потерь меди через загрузочный карман, перемешивая специальной пневматической мешалкой.

Обычный состав электролита, %: 40-45 криолита с КО = 1,5-2,2; 55-60 хлорида бария. Кроме того, для увеличения электропроводимости электролита в него вводят 2-4 %хлорида натрия. Температура плавления электролита 670-730 °С. Однако электрорафинирование проводят при температуре 760-810 °С.

Хлорид бария является утяжелителем электролита, обеспечивая ему среднюю плотность между плотностью АВЧ и плотностью анодного сплава. Хлоридно-фторидный электролит имеет ряд недостатков.

- Между компонентами расплава происходит взаимодействие, суммарную реакцию можно представить в виде:

2ВаС1₂ + 4NaF + 2A1F₃ = BaCl₂*BaF₂ + 2NaAlF₄ + 2NaCl

- Гидролиз фторида алюминия под воздействием влаги воздуха и влаги, вносимой с исходными солями:

2AIF₃ + ЗН₂О = А1₂О₃ + 6HF

Эти реакции приводят к образованию в электролите шлама, состоящего из BaCl₂*BaF₂, А1₂О₃ и NaAlF₄. Поэтому во время работы ванны приходится периодически корректировать состав электролита и удалять шлам.

4) Приготовление электролита

Для приготовления электролита используют криолит, алюминий фтористый и хлорид бария. Для уменьшения гидролиза и шламообразования соли предварительно сушат в трубчатых печах при 400-600 °С в течение 12-15 ч. Шихту наплавляют в отдельных электролизерах - "ваннах-матках", которые предназначены для:

- наплавления смеси солей (шихты);

- рафинирования электролита;

- приготовления анодного сплава;

- пропитывания катодов электролитом.

По конструкции ванны-матки ничем не отличаются от рафинировочных электролизеров, только имеют укрытие шторного типа для улавливания вредностей - продуктов гидролиза и испарения электролита. В них имеются графитированные катоды без защитных алюминиевых "рубашек". Температура и напряжение (10—12 В) на ваннах-матках выше, чем на обычных рафинировочных ваннах.

После наплавления солей электролит выдерживают 4-5 ч, в течение которых происходит его рафинирование от более электроположительных, чем алюминий, примесей, которые выделяются на катоде в слое первичного алюминия, специально залитого на поверхность электролита. Этот алюминий сливают перед выливкой электролита и используют для приготовления анодного сплава. Готовый электролит извлекают из ванны-матки вакуум-ковшом и направляют на корректировку уровня в рядовые рафинировочные ванны.

5) Выливка рафинированного алюминия.

Выливку катодного металла производят один раз в двое суток с помощью вакуум-ковша. На всасывающую трубу ковша надевают графитовый стакан с радиальными отверстиями у дна и опускают в электролизер на глубину, равную слою металла, подлежащего выливке. По мере уменьшения слоя катодного металла катоды опускают, включив механизм для перемещения катодного устройства. Разрыв во времени между операциями выливки катодного металла и заливки алюминия-сырца не более 4 часов.

6) Удаление осадков из анодного сплава.

В анодном сплаве накапливаются примеси, при достижении концентрации железа 6-7 % и кремния 7-8 %, они начинают выделяться в твердую фазу в виде интерметаллических соединений Al₇Cu₂Fe и FeSiAl₅. Так как температура анодного сплава в загрузочном кармане на 30-40 °С ниже, чем в рабочем пространстве электролизера, то в нем и выделяются осадки интерметаллидов. Периодически удаляя эти осадки, очищают анодный сплав от железа и кремния. Кроме того, в анодном сплаве накапливается галлий (до 0,3 %), и осадки интерметаллических соединений служат сырьем для его получения. Температура в кармане не должна быть ниже 590 °С - точки начала кристаллизации соединения СuАl₂, так как в противном случае анодные осадки будут сильно обогащены медью и алюминием.

При достижении в анодном сплаве концентрации железа выше 6 % и кремния выше 7 % эти примеси осаждаются в виде интерметаллических соединений меди с алюминием, железом и кремнием. Осадки интерметаллических соединений в более холодном кармане начинают выделяться не сразу после пуска, а спустя несколько месяцев, когда в анодном сплаве накопится железо и кремний в достаточно высоких концентрациях. Осадки извлекают шумовками или специальными центрифугами и перерабатывают в ваннах, идущих на капитальный ремонт. В этих ваннах алюминий из осадков электрохимически растворяется, а на аноде остается сплав, обогащенный медью, железом, кремнием и галлием. После демонтажа плиту такого сплава направляют на предприятия вторичной цветной металлургии.

7) Извлечение шлама из электролита.

Шлам в электролите образуется из-за присутствия твердых неметаллических включений, что нарушает нормальный ход процесса рафинирования алюминия. Для проведения чистки удаляют весь катодный металл, извлекают из ванны два катода и снимают с поверхности анодного сплава шлам. Когда шлама в ванне много, электролит заменяют весь. После чистки поверхность электролита покрывают слоем алюминия-сырца и несколько часов рафинируют электролит. Затем этот металл полностью удаляют, катоды погружают в электролит и заливают слой АВЧ такой толщины, чтобы не образовались разрывы поверхностей катодного металла.

8) Обрубка гарниссажа.

При работе ванны боковая футеровка обрастает гарниссажем из глинозёма и фторида бария, пропитанных электролитом и металлом. Чем чаще колебания уровня металла и электролита, тем больше образуется гарниссажа. Это приводит к уменьшению площади электролита, повышению фактической плотности тока и перегреву ванны, а также к затруднениям в обслуживании катодов. Поэтому не реже одного раза в год производят обрубку гарниссажа.

9) Обслуживание катодов.

Заключается в пропитке их графитированной угольной части электролитом в ванне-матке, покрытии боковых поверхностей защитным слоем из алюминия, регулировании токораспределения и периодической очистке от шлака.

В ходе процесса рафинирования постоянно контролируется энергетический режим электролизера и серии, качество АВЧ, химический состав анодного сплава и электролита, высота слоев в ванне.