Возврат отработанной катодной футеровки в аноды алюминиевых электролизеров Безруков, Владислав Анатольвич

Введение к работе

Актуальность темы.

Один из путей удешевление процесса производства алюминия является возврат в производство отработанной футеровки электролизеров, которая содержит поглощенные компоненты электролита и продукты реакций. Обычно содержание углерода составляет 25-65%. Количество неуглеродистого материала зависит от конструкции, параметров работы и возраста электролизера в момент разрушения.

Отработанная футеровка классифицируется как опасные отходы. Хотя существует ряд способов регенерации полезных составляющих, в некоторых случаях ценность отработанной футеровки и экономика этих способов в целом считаются сомнительными. Поэтому, как правило, материал отправляли в отвалы и могильники. Однако, предотвращение выщелачивания неблагоприятных для окружающей среды веществ из отработанной футеровки требует дорогостоящих, тщательно сооруженных и обслуживаемых могильников.

По этим причинам переработка отходов отработанной футеровки представляет собой актуальную задачу в связи с необходимостью сохранения ценных составляющих: фтористых солей и углерода, а также в связи с необходимостью решения экологических проблем.

Целью работы является изучение влияния добавки отработанной футеровки на физические, химические и электрохимические свойства образцов обожженных анодов и на качество получаемого металла; подбор оптимального количества добавки в анодную массу, не приводящего к ухудшению технико-экономических показателей электролиза.

Методы исследования. В работе использовался комплекс со-

временных методов, широко применяемых при определении основных показателей качества обожженных анодов: коэффициента текучести анодной массы, плотности, пористости, электропроводимости, электрохимической окисляемости и осыпаемости в щелочном растворе, окисляемости обожженных образцов анодов в атмосфере кислорода, снятие поляризационных кривых; применялись современные методы анализа: рештенофазовый и рентге-носпектральный.

Научная новизна. Рассчитаны величины энергии Гиббса возможных химических реакций, протекающих в подине алюминиевых электролизеров. Предложены механизмы образования в углеродистой подине таких химических соединений, как А1₄С₃, AJN, NaCN, NaAJ02 и других.

Впервые проведено комплексное исследование влияния добавки отработанной футеровки алюминиевых электролизеров на свойства анодной массы и обожженных анодов.

Установлен механизм процесса окисления обожженных образцов анодов с добавками отработанной футеровки кислородом воздуха и выявлено

влияние добавок отработанной футеровки на реакционную способность углерода анода.

Подтвержден реакционный характер перенапряжения на угольном аноде и рассчитаны величины тока обмена и порядка реакции.

Практическая ценность. Предложен гранулометрический состав отработанной угольной футеровки для возврата ее в анодную массу.

Показано, что добавка до 5% отработанной футеровки в анодную массу не оказывает существенного влияния на качество обожженных анодов и сортность получаемого металла. При условии отделения отработанной футеровки от кирпичной кладки и электролита она может быть возвращена в производство анодной массы.

Представлена одна из возможных схем переработки отработанной футеровки с целью отделения углеродистой части и возврата ее в производство анодной массы.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Результаты расчета энергии Гиббса реакций, протекающих в подине алюминиевых электролизеров и механизм образования примесей в углеродистой части катода.

2. Результаты экспериментальных работ по изучению влияния добавки отработанной футеровки на основные свойства анодной массы и обожженных анодов.

3. Рекомендации по гранулометрическому составу угольной части отработанной футеровки и максимально возможному количеству добавки ее в анодную массу.

4. Рекомендации по переработке отработанной футеровки с целью отделения углеродистой составляющей.

Апробация работы. Материалы, составляющие основное содержание работы, докладывались на НТС ВАМИ, на научно-методических семинарах кафедры "Теоретические основы металлургии цветных металлов", СПбГТУ.

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в трех научных статьях. "

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и выводов, изложена на 136 страницах текста, включая 19 таблиц, 26 рисунков и списка цитируемой литературы 136 наименований.