187339. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és készülék alumíniumoxidbeadagolásának és mennyiségének pontos szabályozására alumíniumgyártó elektrolizáló kemencénél
1 187 339 2 A találmány tárgya eljárás és berendezés alumínium-oxid beadagolásának és mennyiségének pontos szabályozására forró alumíniumgyártó elektrolizáló kemencénél. A találmány szerinti eljárásban olvasztott kriolit bázisú fürdőt készítünk, ebben aluminium-oxidoi 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 megfelelő ütem, továbbá az alumínium-oxidot lényegében azonos tömegű adagokban adagoljuk be és a beadagolást meghatározott, szükség szerint változó nagyságú időközökben végezzük. A javasolt eljárást és berendezést alumínium elektrolitikus előállítása során lehet alkalmazni, amikor is olvasztott kriolit alapú fürdőt készítünk, ebben alumínium-oxidot oldunk és villamos árammal az alumíniumot előállítjuk. A találmány szerinti eljárás és berendezés segítségével az alumínium-oxid részaránya valamint beadagolásának üteme a forró elektrolizáló kemencében pontosan ellenőrizhető és lehetővé válik az ún. Hall-Héroultfolyamat szerint az alumínium hatékony előállítása. Az utóbbi években az alumíniumgyártás technológiai fejlődésének egyik jellegzetes eleme az elektrolizáló kemencék munkafolyamatainak egyre szélesebb körű automatizálása. Az automatizálás révén az alumíniumgyártás energiamérlege, szabályozása kedvezőbbé válik, a szükséges élőmunka nagysága csökken, és csökkenthető a fluort tartalmazó anyagok környezetszennyező hatása. Alumínium előállítására széles körben elterjedt eljárások lényege az, hogy elektrolizáló kemencében olvasztott kriolitból fürdőt készítenek, ebben alumínium-oxidot oldanak és az oldatot elektrolizálják. Az elektrolizáló kemence működésének egyik fontos befolyásoló tényezője az aluminiumoxid beadagolásának sebessége. Ha az oldatban az alumínium-oxid nem megfelelő mennyiségben van jelen, kedvezőtlen jelenségekkel kell számolni. Hiánya az ún. „anódhatást” hozza létre, amikor is a kemence végpontjain a feszültség hirtelen megnövekszik, például 4 V-ról akár 30.. .40 értéket is elér. A feszültség hirtelen ugrása mind a berendezésekre, mind a technológiai folyamatokra kedvezőtlen hatással van. Ha az alumínium-oxid mennyisége túllép egy meghatározott értéket, akkor fennáll annak veszélye, hogy feleslege az elektrolizáló kemence alján kicsapódik és olyan kemény bevonattá alakul át, amely villamosán szigetelheti a katód egy részét. Ennek következményeként az elektrolizáló kemencében lévő fémben igen nagy erősségű vízszintes áramok indukálódnak. Az áramok és az általuk keltett mágneses tér hatására a fém rétegeden kiválik a fürdőből, a fürdő-fém határfelületén insnibiii; -i őr ősén okoz akkor, ha szükség van az elektrolizáló kemence üzemeltetési hőmérsékletének csökkentésére, hiszen ez igen kívánatos a Faraday-hatékonyság szempontjából, amikor igen „savas” (nagy alumínium-fluorid tartalommal jellemzett), vagy olyan fürdőket alkalmaznak amelyek különböző adalékanyagokat, mint például lítium- vagy magnéziumsókat, különösen kloridokat tartalmaznak. Ezek a fürdők a többi típushoz képest jelentősen csökkent mennyiségű alumínium-oxidot képesek feloldani és azt is csak kis oldási sebességgel. Felhasználásuk során nagyon pontosan ellenőrizni kell az alumínium-oxid részarányát, azt viszonylag alacsony szinten és viszonylag szűk értéktartományban kell tartani. Az elektrolizáló kemencékben levő fürdő alumínium-oxid koncentrációja úgy is mérhető, hogy az elektrolitból időnként mintát vesznek és azt vizsgálják; ez a módszer azonban időbeli késéseket okoz. Ennek elkerülésére régóta használnak olyan eljárásokat, amelyek lényege, hogy az alumíniumoxid tartalom mérésére az elektrolizáló kemencét kitöltő anyag valamelyik villamos paraméterét mérik. A paraméter értékének változása alapján az elektrolitban levő alumínium-oxid mennyiségére lehet következtetni. Ilyen paraméternek tekintik általában a belső ellenállás vagy pontosabban a látszólagos belső ellenállás változását, amelyet az képlet határoz meg, ahol e az elektrolizáló kemence elektromotoros erejétől függő mennyiség, mégpedig általában 1,65 V értékűnek tekintett feszültség, U az elektrolizáló kemence csatlakozási pontjain mért feszültség, míg I az elektrolizáló kemencén átfolyó áram erőssége. Mérések sorozatával meg lehet állapítani azokat a függvényeket, amelyek az R ellenállás változását az alumínium-oxidtartalom függvényében jellemzik. Az R értékét egy adott frekvencián például a jól ismert eljárások segítségével mérve lehetővé válik a koncentráció értékének pontos meghatározása, tehát az alumínium:oxid részarányának követése. Több év óta ismertek azok a próbálkozások, hogy az alumínium-oxidot az elektrolizáló kemencébe bizonyos meghatározott sebességgel vagy időközönként adagolják be, mivel ily módon az alumínium-oxid koncentrációja egy meghatározott időtartamon belül viszonylag állandó szinten tartható. ' Az alumínium-oxid automatikus beadagolására épülő olyan eljárások, amelyek szerint a szabályozást többé vagy kevésbé pontosan az alumíniumoxidnak a fürdőbeni koncentrációja alapján végzik, több szabadalmi leírásból is megismerhetők. Az 1 457 746 (Reynolds névre lajstromozott) francia szabadalmi leírás például javasolja, hogy az elektrolizáló kemence belső ellenállásának mérését, és az ellenállásváltozás felhasználását olyan paraméterként, amely az alumíníum-oxid koncentrációjának szintjét jellemzi. Ezen kívül az alumíniumoxid bevezetésére olyan elosztófejet ismertei, umeb az elek trolit felelt kialakult kemény kéregben ny á.i készítésére alkalmas eszközzel van el Iá u a. %»■ 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 85
