201977. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és automatikus szabályozó berendezés a Hall-Herolut eljárással történő alumínium előállításánál a keletkező gázok elszívásának szabályozására
HU 201977 B A találmány tárgya eljárás és berendezés a Hall- Heroult eljárással történő alumínium előállításnál a keletkező gázok elszívásának szabályozására, amely különösen előnyösen alkalmazható az elektrolizáló kemencékben felgyülemlett gáz vagy porszerű anyagoknak az összegyűjtésére és onnan való elvezetésére, de jól alkalmazható egyéb forró gáz, illetve por formájában rendelkezésre álló hulladék eltávolítására is. Általánosságban elterjedt eljárás az, hogy az alumíniumot alumíniumoxidból állítják elő elektrolízissel kriolit-fürdőben. Az elektrolizáló kemence, amely lehetővé teszi ezt az eljárást a következő elemeket tartalmazza:- szénből kiképzett, amely acél házban és amely hőszigetelő anyagokkal van a hővel szemben szigetelve,- anódot vagy egy sor anódot, amelyek szénből vannak, és amelyek a kriolit-fürdőbe vannak merítve. Az anódot vagy anódokat az alumíniumoxid bomlása során keletkező oxigén időszakonként oxidálja, így az elfogy. A kemencében az áramlás lefelé irányulóan megy végbe. A keletkező Joule-hő következtében a kriolit folyékony halmazállapotban marad, mégpedig olyan hőmérsékleten, amely a szilárdulási hőmérsékletének a közelében van. Ezeknek a kemencéknek a működési hőmérséklete általában 930- 980 °C körül van. Az alumínium folyékony halmazállapotú és a gravitációs erő hatására rakódik le a katódon, amely folyadékzáróan van kiképezve. Az előállított alumíniumot vagy annak egy részét merítő kanállal távolítjuk el adott időközönként és továbbítjuk az öntvényeket előállító kemencébe. Ugyancsak szabályos időközönként kell a már elhasználódott anódot cserélni új anódokra. A fent ismertetett elektrolízis során általában a működési feszültségtartomány 3,8-5 V. Az egynapi teljesítmény pedig az elektrolizáló kemencén átfolyó áram erősségével egyenes arányban van az elektrolziáló berendezésekben rendelkezésre álló tápfeszültség függvényében. Általában 150-200 kemencét kapcsolnak sorba, ugyanis kb. 700-1000 V tápfeszültséggel lehet számolni. Ez a szempont eredményezte azt is, hogy a működési áramerősség növelése csak az elektrolizáló kemence méretének növelésével érhető el. A kemencében levő fürdő kriolit alapú fürdő, amelyhez adott esetben adalékanyagokat is kevernek, amelyeknek segítségével az elektrolízis hatásfoka növelhető meg. Ilyen adalékanyag lehet például olyan, amely a keverék olvadási hőmérsékletét csökkenti és/vagy növeli az elektrolízis fürdő villamos vezetőképességét. Fenti célú adalékanyagok például a kalcium, magnézium, lítium és alumíniumfluorid. Alkalmazott igen magas hőmérséklet következtében a fürdő intenzíven gőzölög is, amely gőzölgés egy sor hátrányos tulajdonságot hoz létre:- a fürdő által kibocsátott gőzök tartalmaznak fluoridokat is. Ha ennek mennyisége túlzott mértékben megnő, akkor az komoly környezetszennyeződést eredményez.- az elgőzölgött fluoridokat pótolni kell, és ez az eljárás költségeit növeli. 1 A fentiek alapján kézenfekvőnek látszik, hogy az eláramló anyagokat azok keletkezési helyén a kemencénél kell összegyűjteni. Ennek a feladatnak a megoldására többféle rendszer van: a. Az eláramló anyag összegyűjtése a kemencében. Ezt kézi vagy automatizált módon lehet a kemencében elhelyezett nyílásokon keresztül elvégezni, a nyílások nyitásával célszerűen megválasztott időközönként, például az elhasználódott anód cseréjével egyidejűleg lehet az összegyűlt szennyeződéseket is eltávolítani. b. A fluor tartalmú anyagokat el is szokták szállítani. Ezt csövek segítségével végzik, amelyek a szellőző berendezéshez vannak csatlakoztatva. Az egyes kemencék általában közös gyűjtőrendszerhez vannak egymással párhuzamosan kapcsolva, és a kezdeti viszonyok kiegyenlítéséről megfelelően elhelyezett áramlástechnikai elemekkel gondoskodnak, mégpedig úgy, hogy mindegyik csőben kiszámítják a szükséges szívás mértékét és különböző szellőző tolattyúkat alkalmaznak, amelyekkel a zárás mértéke szabályozható. c. Az eláramló anyagokat megfelelő módon kezelik, például mossák és különféle elektrosztatikus vagy egyéb mechanikus reteszelő szűrőelemekkel vagy száraz körülmények között kezelik úgy, hogy a fluort alumíniumoxidon fogják meg és úgy vezetik be az elektrolizáló kemencébe. A legmodernebb berendezésekben az egyébként áramló anyagok összegyűjtésének hatásfoka eléri a 97-99%-ot is. Szakemberek azt tapasztalták, hogy egy rendszeren belül az eláramló hulladék összegyűjtésének a hatásfoka szoros kapcsolatban van az egyes kemencéknél a gázelszívás teljesítményével. Az is világos volt, hogy a berendezés a beruházási költségei, beleértve a telepítési költségeket és az üzemeltetési költségeket, mint szellőztetéshez szükséges megfelelő elektromos teljesítmény biztosítása stb. az elszívási sebesség növekedésével nőnek. A teljes költség egyenes arányban nő az elszívás értékének m3/sec-ben megadott értékével. A kemence működése közben azokat a záróelemeket, ajtókat, amelynek a kemencét lezárják, az elfogyott anód újrapótlásakor azaz az anód cseréjekor vagy akkor, amikor a folyékony alumíniumot elvezetjük, ki kell nyitni. Az az időtartam, amely alatt a kemence nyitva van, néhány perc és néhányszor 10 perc közé esik. Ezen idő alatt ahhoz, hogy az eláramolni kívánó anyag megfelelő összegyűjtését továbbra is biztosítsuk, növelni kell az elszívási sebességet a kemence feletti térben. Azokban az időszakokban azonban, amikor a fedelek és ajtók megfelelően zárva vannak, elegendő kisebb elszívási teljesítmény is ahhoz, hogy az elszívás mértéke még megfelelő legyen. Á továbbiakban fedél alatt értünk minden olyan a kemencén kiképzett nyílászáró elemet, amely akármilyen egyszerű nyílást vagy ajtót zár természetesen megfelelő mértékben tömítetten. A kétféle elszívási sebesség alkalmazásával optimalizálni lehet az eláramló anyag összegyűjtésére fordított energia értékét, illetőleg a beépítendő elemek számát. A telepítéskor általában olyan elszívá-2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
