Катодний пристрій електролізера для одержання алюмінію

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к получению алюминия электролизом глинозема в расплаве фтористых солей. В процессе эксплуатации электролизера огнеупорная футеровка подвергается воздействию высокой температуры, жидкого алюминия, фтористы х солей, паров натрия. Футеровка при действии этих факторов должна сохранять функции свои, т.е. сохранять теплоизоляционные свойства, не изменяться в объеме, сохранять жесткость, препятствовать проникновению жидкого алюминия и фторсолей в глубь футеровки. В настоящее время при монтаже электролизера используют катодные устройства, состоящие из стального кожуха, кирпичной огнеупорной и теплоизоляционной футеровки, боковой футеровки из угольных плит, слоя углеродистой подовой массы, служащей "Подушкой" для установки на нее катодных подовых блоков и самих катодных подовых блоков с вмонтированными в них стальными токоподводящими стержнями [Ветюков М.М., Циплаков A.M., Школьников С.Н. Электрометаллургия алюминия и магния. М., Металлургия, 1987, с.320]. Кроме того, в практике монтажа катодной футеровки электролизеров в качестве огнеупорной и теплоизоляционной футеровки используют глинозем [Козьмин Г.Д. и др. - Цветные металлы, 1982, №5, с.3032]. Недостатками таких катодных устройств является то, что футеровка сильно пропитывается фтористыми солями, в результате чего увеличивается расход этих солей. При пропитке теплоизоляции фторсолями происходит ухудшение ее теплоизоляционных свойств, в результате чего увеличиваются теплопотери от катодного узла, а следовательно и расход электроэнергии. Наиболее близким техническим решением, взятым в качестве прототипа, является электролизер для получения алюминия с катодным устройством, в котором огнеупорная футеровка выполнена из окислов железа [Авт.св. CCСP №980461]. Недостатками данной катодной футеровки является то, что она пропитывается фтористыми солями (среднее содержание фторсолей 4-6%) и существует опасность взаимодействия жидкого алюминия с окислами железа, эта реакция более вероятна в присутствии фторсолей [Олишавец В.Α., Древило Н.А. и др. АН Украины ОКТБ института проблем материаловедения, Отчет по х/д №3647 от 01.04.91. Киев, 1992, 62 с]. Задачей изобретения является уменьшения расхода фтористых солей в процессе эксплуатации электролизеров для производства алюминия. Решение поставленной задачи достигается за счет того, что катодное устройство электролизера состоит из стального кожуха, угольных боковых и подовых блоков и огнеупорной футеровки, состоящей из смеси железной окалины и 10-20% алюмосиликатного или силикатного материала. В качестве алюмосиликатного или силикатного материала могут быть использованы: каолин, дистен-силлиманитовый концентрат, шамот, кварцит и др. При применении в качестве огнеупорной футеровки смеси железной окалины и алюмосиликатного материала происходит взаимодействие проникающих в футеровку фторсолей (Na3AIF 6 и NaF) c алюмосиликатным или силикатными минералами с образованием алюмосиликатов натрия (нефелина, карнегиита) и фторсиликата натрия, которые представляют собой (в условиях работы огнеупорной футеровки) стеклообразную массу, которая препятствует дальнейшему проникновению фтористых солей в глубь футеровки и кроме того предотвращает взаимодействие жидкого алюминия с железной окалиной. Пример 1. Проводили опыты в лабораторных условиях по определению стойкости материала футеровки к воздействию фтористых солей и жидкого алюминия. Из различных футеровочных материалов изготовляли цилиндрические образцы диаметром 60 мм и высотой 40 мм с углублением диаметром 30мм и глубиной 25 мм. В углубление загружали 20 г электролита взятого из промышленного электролизера и 5 г алюминия. Образцы нагревали в печи до 1000°С и выдерживали при этой температуре 60 минут, после чего их разрезали по продольной оси и исследовали состояние футеровочного материала и глубину проникновения фтористых солей. Результаты приведены в таблице. Как видно из результатов опытов, лучшей стойкостью к проникновению фтористых солей обладают образцы 3, 4, 6, 7, 8, т.е. образцы из смеси железной окалины и 10-20% алюмосиликатного или силикатного материала. При увеличении добавки в окалину алюмосиликатного материала более 20% (образец № 5) происходит размягчение пропитанного фторсолями слоя, в других образцах такого размягчения не наблюдалось. При уменьшении доли добавки алюмосиликатного материала в окалину менее 10% пропитка увеличивается (образец №2). Кроме того, как показали проведенные исследования, в железнуюокалину для исключения термитной реакции с жидким алюминием необходимо добавить не менее 10% огнеупорного алюмосиликатного материала. Использование огнеупорной футеровки из смеси железной окалины и 10 и 20% алюмосиликатного или силикатного материала позволяет уменьшить расход фтористых солей (по сравнению с прототипом) на 0,30,4 кг/т алюминия за счет уменьшения пропитки футеровки и исключить возможность термитной реакции между железной окалиной и жидким алюминием. Кроме того, при уменьшении пропитки фторсолями футеровка лучше сохраняет свои теплоизоляционные свойства, что в свою очередь приводит к уменьшению расхода электроэнергии и увеличению срока службы электролизеров.