199576. lajstromszámú szabadalom • Eljárás alumínium elektrolizáló fürdő mólarányának beállítására és a fürdő veszteségeinek pótlására
HU 199576 A Az összeolvasztandó anyagokat olyan arányban mérjük össze, ami megfelel a fenti követelménynek: az összeolvasztott anyagban az NaF/AlF3 mólaránynak kisebbnek kell lennie, mint az elektrolizáló fürdőben. További felismerésünk, hogy a reagenseket ilyen arányban összeolvasztva várakozásunkat meghaladó stabilitással rendelkező, jól kezelhető termékeket kapunk. Ezek akár olvadék alakjában — tehát még a megdermedés előtt —, akár megszilárdulva és a megfelelő méretre aprítva könnyen betáplálhatók az elektrolizáló kádba annak üzemeltetése közben. A találmány szerinti eljárást előnyösen az alábbiak szerint hajtjuk végre. Először menhatározzuk a NaF/AlF3 mólarányt az elektrolitban, vagyis a találmány szerinti eljárással javítandó mólarányt. Ez rendszerint 2,2 és 3,0 közötti érték. Az üzemelési adatokból legalább közelítőleg meghatározzuk, hogy az előállítani kívánt adalékanyagból mennyi szükséges a fürdő pótlásához az adott üzemben vagy üzemrészben a számításba vett technológiai periódusban. Ezek ismeretében összemérjük az alumínium-fluoridnak és a nátriumot és fluort tartalmazó anyagnak olyan mennyiségét, amely egyrészt elegendő az üzem elektrolit NaF/ /A1F3 mólarányának kívánt korrekciójához, másrészt a fürdő pótlásához. Az összekevert szilárd anyagokat zárt olvasztóberendezésbe, célszerűen kemencébe vagy olvasztótégelybe visszük és megolvasztjuk. A keverék bizonyos összetételi arányok esetén alacsonyabb hőmérsékleten olvad, így például ha 37,5 mól% AlF3-ot tartalmaz az 5NaFX X3A1F3 képletnek megfelelő összetételben, akkor 725°C-on, ha 46,5 mól% AlF3-ot tartalmaz, akkor 685°C-on, ha 50,0 mól% AlF3-ot tartalmaz a NaF.AlF3 képletnek megfelelő összetételben, akkor 775°C-on, míg más összetételi arányok esetén olvadáspontja szembetűnően magasabb. Célszerű tehát valamely említett alacsony olvadáspontú vagy ahhoz közelálló összetételt választani. Az összemért anyagok megolvasztásával kapott folyékony termék már felhasználható az elektrolizáló fürdő pótlására, illetve, mólarányának beállítására. Energiatakarékossági megfontolásból kifejezetten előnyös, ha a terméket megszilárdulás előtt, olvadék alakjában juttatjuk be az elektrolizáló fürdőbe. Ha az olvadt terméket vagy annak egy részét technológiai okokból később kívánjuk az elektrolizáló fürdőbe vinni, akkor a folyékony terméket célszerűen nagy felületre kiöntjük és lehűlni hagyjuk. Az így megszilárdult terméket szükség esetén töréssel felaprítjuk és a technológiai körülményeknek megfelelő időpontban az elektrolizáló fürdőbe visszük be. A találmány előnye, hogy egyszerű és megbízható eljárást biztosít a fürdő mólarányának tartásához a nagyüzemi alumínium elektrolízisben. További előnye, hogy lehetővé te3 szí az alumínium elektrolízis lefolytatását a fürdő mólarány-korrekciójához és pótlásához felhasznált alumínium-fluorid vesztesége nélkül. Ez nemcsak gazdasági szempontból nagy jelentőségű, hanem környezetvédelmi szempontból is, minthogy a találmány révén megszűnik az alumínium-fluorid szublimációja által okozott légszennyeződés is. A találmányt az alábbi példákkal világítjuk meg közelebbről az oltalmi kör korlátozása nélkül. 1. példa Eg^ Söderberg anódos alumínium elektrolizáló üzemben 2,5 mólarányú fürdővel vezetjük az elektrolízist. 1 tonna alumínium előállítása közben a fürdőveszteség 28 kg. Ennek pótlására és a mólarány tartására a hagyományos technológia szerint 16 kg kriolitot és 24 kg alumínium-fluoridot kell beadagolni az elektrolizáló kádba, figyelembe véve, hogy a 24 kg alumínium-fluoridbó! mindössze 12 kg jut be a fürdőbe, a többi része túlnyomórészt szublimáció folytán veszendőbe megy. 443 kg poralakú kereskedelmi nátrium-fluorid és 557 kg poralakú alumínium-fluorid homogén keverékét bemérjük egy zárt olvasztótégelybe és 780°C-on megolvasztjuk. A kapott olvadék 97 tömeg% Na5Al3FM képletű nátrium-alumínium-fluoridot tartalmaz. Ezt az olvadékot közvetlenül az elektrolizáló fürdőbe folyatjuk, fel nem használt részét pedig hűtőtálcára öntve megdermedni hagyjuk, és felaprítva félretesszük későbbi felhasználásra. A mólarány tartása végett 1 tonna alumínium előállításához 33,74 kg olvadékot adagolunk a fürdőbe. Tekintettel arra, hogy a fűrdőveszteség ugyanekkor 28 kg, a mólarány-korrekció során 5,74 kg többlet fürdő kerül az elektrolizáló kádba. Az előbbi megoldást a hagyományos eljárással összevetve kitűnik, hogy a fürdő mólarányának tartásához esetünkben a korábbi 40 kg helyett 33,74 kg adalék elegendő. Elkerülhető továbbá 12 kg alumínium-fluorid szublimációjából adódó anyagveszteség és környezetszennyezés. 2. példa Egy olvasztókemencébe, amelynek gázelvezető rendszerébe egy ciklonon keresztül csatlakozó visszavezető ág van beépítve, betöltjük 750 kg poralakú kereskedelmi kriolit és 250 kg poralakú kereskedelmi alumínium-fluorid homogén keverékét. A keveréket 780°C-ra melegítve megolvasztjuk. 97,5 tömeg% Na5Al3Fu képletű nátrium-alumínium-fluoridot tartalmazó olvadékot kapunk. Az olvadékot hűtőtálcára öntjük és megdermedni hagyjuk, majd kalapácsos törővei felaprítjuk, és így tároljuk a felhasználásig. Az így kapott szilárd terméket az 1. példában ismertetett alumínium elektrolizáló fürdő mólarányának tartására az ott megadott 4 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
