187339. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és készülék alumíniumoxidbeadagolásának és mennyiségének pontos szabályozására alumíniumgyártó elektrolizáló kemencénél

1

187 339

2

képlet szerint a belső ellenállás értékét meghatározzuk. Az összegyűjtött és feldolgozott ellenállásadatok végül is alapul szolgálnak ahhoz, hogy meghatározott sebességgel meghatározott mennyiségű alumínium-oxidot vezessünk be az elektrolizáló kemencébe.

Ha például a CN normál beadagolási ütem értéke 100 kg/h, és ennek a biztosítására négy nyílást alakítunk ki a kéregben, az egyszerre bejuttatott mennyiség pedig 1 kg, az említett ütem annak felel meg, hogy az 1 kg-os alumínium-oxid mennyiséget 110 másodpercenként bejuttatjuk, míg ha a CL lassú beadagolási ütemre a CL = 0,7 • CN összefüggés teljesül, akkor 205 másodpercenként.

Ezeket a számításokat és az ezeknek megfelelő utasítások kiadását az elosztó és mérőeszközöknek ismert módon, programozható automatikus berendezésekkel való, mikroprocesszoros kialakítása révén biztosítjuk.

Előnyös megoldás, hogy ha a 8 megszilárdult kéregben 7 nyílást fenntartó készülék részére a 7 nyílás nyitott voltát érzékelő eszközt alakítunk ki, amely az alumínium-oxid bejuttatása alatt automatikusan vagy manuális vezérléssel a 7 nyílást fenntartja. A 2 elosztó és az érzékelő eszköz együttműködése kialakítható oly módon is, hogy a betáplálás csak a nyitott nyílásokon keresztül történik, mégpedig olyan sebességgel, hogy az alumíniumoxid szükséges mennyisége mindig bejusson az elektrolizáló kemence belsejébe.

A találmány szerinti eljárást és berendezést, amelyeket a fentiekben ismertettünk, számos elektrolizáló kemencéhez alkalmaztuk alumíniumgyártáskor. A gyártási folyamatban olvasztott kriolit alapú fürdőben oldott alumínium-oxidból az alumíniumot elektrolízissel választottuk ki. így például a következő öszetételü fürdőkből gyártottunk alumíniumot:- vagy 5... 13% alumínium-fluorid 955...970 °C- os üzemeltetési hőmérséklet mellett,- vagy 13...20% alumínium-fluorid (az ilyen fürdőket „igen savasaknak” nevezzük) 930...955 °C- os üzemeltetési hőmérséklet mellett,- legfeljebb 1%-nyi lítium lítium-fluorid alakjában (ennek hatására a második fürdő esetében az üzemeltetési hőmérséklet akár 910°C-ra lecsökkenthető),- szükség szerint az alumíniumgyártási folyamattól függő adalékanyagok: például magnéziumhalogenidek, amelyek mennyisége 2%-nyi magnéziumot jelent, vagy alkálifémek, illetve alkáli földfémek kloridja, amelyek mennyisége annyi, hogy a klór mennyisége legfeljebb 3% legyen.

Az említett fürdők viszonylag rosszul oldják és abszorbálják az alumínium-oxidot. Éppen ezért különösen alkalmasak a találmány szerinti eljárás foganatosítására, ahol is az alumínium-oxid meghatározott időközönként történő bevezetésére van szükség. Előnyük az is, hogy a Faraday-hatékonyság nagy értéket vesz fel, a mérések szerint nagyobbat, mint a 960...970 °C hőmérsékleten üzemelő hagyományos fürdőkben.

Megvalósítási példa:

Előégetett anódú elektrolizáló kemencék sorozatában, amelyek működtető árama 180 000 A, több

hőhónapos próbaüzemet végeztünk. Az alumínium-oxid tartalmat úgy ellenőriztük, hogy a találmánnyal összhangban mennyisége 2,8 s% körül, mint központi érték körül mozogjon, és a felső értékhatár 3,5 s%, az alsó 2,1 s% legyen. A fürdő 13 s% alumínium-fluoridot tartalmazott és hőmérséklete mintegy 950 °C volt. Az átlagos Faradayhatékonyságra hozzávetőlegesen 93,5% adódott (a 8% alumínium-fluoridot és 6...9% alumíniumoxidot tartalmazó fürdő esetében 960 °C hőmérsékleten 92%-os átlagérték mérhető).

Ezt követően az alumínium-oxid mennyiségének szabályozását jellemző központi értéket 2,3%-ra csökkentettük le és a koncentrációt 1,6 és 2,9%-os határok között változtattuk. A fürdő 14% alumínium-fluoridot és 2% lítium-fluoridot tartalmazott, hőmérséklete mintegy 935 °C volt. Az átlagos Faraday-hatékonyság 95%-nak adódott.

A mérések alapján bizonyítottnak tekinthető, hogy a jelen találmány szerint biztosított hőmérsékletcsökkenés hatására az elektrolizáló kemencék élettartama jelentősen megnövekszik.

A találmány szerinti eljárás alkalmazásával elért előnyök között kell még megemlíteni azt, hogy a kemence alján nem gyűlnek fel a mellékanyagok és a kedvezőtlen megugrási jelenségek a kemencében átlagosan 24 óránként legfeljebb egyszer lépnek fel.

Szabadalmi igénypontok

1. Eljárás alumínium-oxid beadagolásának és mennyiségének pontos szabályozására alumíniumgyártó elektrolizáló kemencénél, amikor is olvasztott kriolit bázisú fürdőt készítünk, ebben alumínium-oxidot oldunk, a fürdő felső részét megszilárdult kéregként tartjuk fenn, és fémet tartalmazó, katódrendszerrel és anódrendszerrel ellátott elektrolizáló kemence belső ellenállását mérjük, az alumínium-oxidot a megszilárdult kérgen át legalább egy ponton közvetlenül az olvasztott kriolit bázisú fürdőbe adagoljuk és a beadagolást meghatározott azonos időtartamokon át a mért belső ellenállástól függően lassúbb, majd gyorsabb ütemmel végezzük, mint az elektrolizáló kemence fogyasztásának megfelelelő ütem, továbbá az aluminium-oxidot lényegében azonos tömegű adagokban adagoljuk be és a beadagolást meghatározott, szükség szerint változó nagyságú időközökben végezzük, azzal jellemezve, hogy az alumínium-oxidot a fürdőhöz 1 - - .3,5 s%-os részarányt biztosító mennyiségben adagoljuk és az elektrolizáló kemence stabil, szabályozható üzemét úgy tartjuk fenn, hogy belső ellenállásának változásától függően az alumínium-oxid beadagolási ütemét a következő lépéssorozat ismételt elvégzésével állítjuk be:

A: Az R; belső ellenállásra Ro referenciaértéket, változási tartományára Ru-r alsó és Ru + r felső határértéket határozunk meg;

B: a szabályozási ciklust akkor kezdjük meg, amikor az R{ belső ellenállás értéke az R0 —r alsó és az R0 + r felső határértéke között van;

C: a kemencében az alumínium-oxid normál fogyását kiegyenlítő CN normál beadagolási ütemnél

15.. ,50%-kal kisebb CL lassú beadagolási ütemmel

5

10

15

20

25

30

35

40

45

&<;

55

60

65

8