187339. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és készülék alumíniumoxidbeadagolásának és mennyiségének pontos szabályozására alumíniumgyártó elektrolizáló kemencénél
1 187 339 2 hogy újszerű módon végezzük el az alumínium előállítását a Hall-Héroult-folyamat szerint. Az alumínium előállításának javasolt közege: a) normál vagy kissé savas, kriolit alapú elektrolit, amely 5... 13% alumínium-fluoridet tartalmaz és amelyet 955...970 °C hőmérsékletre melegítünk fel; b) erősen savas elektrolit, amely 13.. .20% alumínium-fluoridot tartalmaz, és amelyet 930...955 °C hőmérsékletre melegítünk fel; c) elektrolit, amely lítium-flourid formájában lítiumot is tartalmaz és hőmérséklete akár 910 °C-ig is lecsökkenhet. A találmány tárgyát a továbbiakban példakénti foganatosítási és kiviteli alakok kapcsán, a csatolt rajz alapján ismertetjük részletesen. A rajzon az 1. ábra az elektrolizáló kemence látszólagos belső ellenállásának változása az alumínium-oxid koncentrációjának változásától függően, ha paraméterként az anód és katód közötti DAM távolságot tekintjük, a 2. ábra az elektrolizáló kemence látszólagos belső ellenállásának függése az időtől és az alumínium-oxid beadagolásának ütemétől, ha a találmány szerinti eljárást foganatosítjuk, a 3. ábra az elektrolizáló kemence látszólagos belső ellenállásának függése az időtől és az alumínium-oxid beadagolásának ütemétől, a találmány szerinti eljárás egy előnyös foganatosítási módja mellett, a 4. ábra a találmány szerinti berendezés vázlata, amely mérőeszközt, betáplálóegységet és az alumínium-oxid bevezetésére szolgáló nyílás vágására szolgáló egységet tartalmaz és folyamatos működésű, míg az 5. ábra állandó vagy meghatározott mennyiségű alumínium-oxid adagoknak a kemencébe való bevezetésére szolgáló berendezés vázlata. Az 1. ábrán az elektrolizáló kemence látszólagos R, belső ellenállásának változása látható az alumínium-oxid %-os koncentrációjának függvényében, a kemence katódja és anódja közötti távolság különböző DAM,, DAM2, DAMj értékei mellett. Az ábra jól mutatja, hogy egy viszonylag lapos minimum észlelhető a 3,5...4%-os koncentrációtartományban, majd a belső ellenállás igen gyorsan növekszik a kisebb és lassabban a nagyobb koncentrációk irányában. Ennek megfelelően a jó érzékenység elérése akkor biztosított, ha az eljárást előnyösen az alumínium-oxid koncentrációjának minél kisebb értékei mellett hajtjuk végre, de anélkül, hogy az 1%-os koncentrációérték alá mennénk, mivel ekkor a látszólagos belső ellenállás az alumínium-oxid mennyiségének csökkenésével rendkívül gyorsan növekszik és ez tulajdonképpen az anódhatás megjelenésével egyenértékű. Egyszerűség kedvéért a következőben R, jelöli a belső ellenállást, amely alatt a látszólagos belső ellenállást értjük. A találmány alapja az a felismerés, hogy az R, ellenállásnak az alumínium-oxid koncentrációtól való függése az 1...3,5%-os koncentrációtartományban jól meghatározható és lehetővé teszi, hogy minden pillanatban pontosan mérjük, szükség esetén módosítsuk az alumínium-oxid koncentrációját a kriolit fürdőben és azt meghatározott határértékek között tartsuk. Az üzemeltetési megbízhatóság rendkívül magas szintje mellett ennek következménye az, hogy ugyan az elektrolit az alumínium-oxid kisebb mennyiségét képes felvenni, de az elektrolizáló kemence jelentősen csökkentett üzemeltetési hőmérséklettel alkalmazható és így az áramkihasználás hatékonysága, vagyis a Faradayhatékonyság sokkal nagyobb, mint az ismert eljárások szerint. A találmány szerinti eljárás foganatosításakor, amikor is a beadagolás ütemét a belső ellenállás változásainak függvényében változtatjuk, a következő egymást követő lépések hajthatók végre (a különböző példakénti foganatosítási módok leírásakor az azonos lépéseket azonos betűk jelölik). A: Az R, belső ellenállásra egy meghatározott R0 referenciaértékeket állapítunk meg. Ez például a modern 175 000 A-es áramerösségű, előégetett anódos elektrolizáló kemencék esetében 13,9 p Q. Ezt követően r változási tartományt és ennek megfelelően felső és alsó határértékeket állapítunk meg, amelyek között megengedjük a belső ellenállás változását. Legyen ez a változási tartomány az R0 = 13,9 referenciaértékhez viszonyítva r = ±0,1, vagyis az R0 + r felső és az R0-r alsó határértékre rendre 13,8 és 14,0 p Q. B: Ha R, értéke a kijelölt tartományba esik, tehát példánk szerint 13,8 és 14,0 p fi között van, az ellenőrzési ciklus megkezdődhet. C: Az elektrolízis folyamatában mérhető átlagos fogyasztásnak megfelelő CN normál beadagolási ütemhez képest 15...50%-kal csökkentett CL lassú beadagolási ütemmel az elektrolizáló kemencébe alumínium-oxidot juttatunk. Egy 175 000 A-es elektrolizáló kemence esetében, hosszabb időtartamot tekintve CN értéke közelítőleg 100 kg/h. A CL értéket a CN értéke alapján a CL = a CN egyenlőség alapján határozzuk meg, ahol a beállítható paraméter. Az elektrolizáló kemencében ennek megfelelően az alumínium-oxid koncentrációja fokozatosan csökken, a mérési pont az 1. ábra szerinti (alsó) LA nyíllal jelölt irányban fog eltolódni, míg az R; belső ellenállás növekvő tendenciát mutat (2. ábra). D: Az R, belső ellenállás értékére vonatkozóan meghatározott időpontokban méréseket végzünk. Ezeket a méréseket általában 3...6 percenként végezzük el, és közöttük mindenkor azonos időtartamot biztosítunk (2. ábra, L, t3, t5, t7. t8 időpontok). \ gyakorlatban egyszerre több mérést is végzünk és azok átlagértékét vesszük, hogy ily módon kiküszöböljük a hibás méréssel járó veszélyeket. E: \ D lépésben az R, belső ellenállás időbeni változását mutató pontokkal meghatározott görbére - amelyet a gyakorlatban egyenes vonallal helyettesíthetünk - meghatározzuk a p, meredekséget. Ha a p, meredekség kisebb, mint egy adott p'1 referenciaérték, a kemencében „összezárást" kell végrehajtani, vagyis csökkenteni kell az anód és a katód közötti távolságot, pontosabban a fém és az anódok közötti DAM távolságot, mégpedig az anódrendszert egy előre meghatározott távolsággal lefelé mozgatva. Ha az R, belső ellenállás átlépi az Rci+r felső határértéket, például a t8 idöpillanal-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
