Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Опыт эксплуатации различных видов глинозема, при использовании их в электролитическом производстве алюминия 9
1.1. Типы глиноземов 10
1.2. Химический состав глинозема 13
1.3. Физические характеристики глинозема 18
1.4. Влияние физико-химических свойств глинозема на процесс растворения 21
1.5. Влияние технологических факторов на растворение глинозема 26
1.6. Методы определения концентрации глинозема в электролите 30
1.7. Изменение физико-химических свойств глинозема после адсорбции соединений из отходящих газов 32
Выводы по главе 1 35
Глава 2. Изучение физико-химических свойств глинозема 37
2.1 Регламент отбора проб 37
2.2 Результаты исследований физико-химического состава глинозема 40
2.3 Сравнительный анализ физико-химических свойств глинозема с требованиями зарубежных исследователей 44
2.4 Физико-химический состав глинозем-адсорбента 45
2.5 Результаты исследований физических свойств глинозема 47
Выводы по главе 2 59
Глава 3. Способ определения концентрации глинозема в криолит-глиноземном расплаве 61
3.1 Описание использованного оборудования 61
3.2 Анализ химического состава электролита опытных электролизеров 65
3.3 Методика определения концентрации глинозема 70
3.4 Проверка адекватности определения концентрации глинозема в электролите 72
3.5 Применение способа на практике 76
Выводы по главе 3 84
Глава 4. Исследование влияния физико-химических свойств глинозема на процесс электролиза 86
4.1 Методика проведения исследований 86
4.2 Изменение дисперсного состава глинозема при его транспортировке 86
4.3 Влияние физико-химических характеристик глинозема на свойства криолит-глиноземной корки 89
4.4 Растворение глинозема, криолит-глиноземной корки и глиноземистого осадка 90
4.5 Пылеунос глинозема в зависимости от его дисперсного состава 93
4.6 Работа систем автоматической подачи сырья в электролит при использовании различных марок глинозема 94
4.7 Испытания глиноземов марок рядовой и укрупненный 97
4.8 Испытания недопрокаленного и рядового глиноземов 100
Выводы по главе 4 104
Заключение 107
Список литературы 111
Приложение 1 122
Приложение 2 123
- Физические характеристики глинозема
- Результаты исследований физико-химического состава глинозема
- Анализ химического состава электролита опытных электролизеров
- Изменение дисперсного состава глинозема при его транспортировке
Введение к работе
Основными отечественными производителями глинозема являются Уральский и Богословский алюминиевые заводы, перерабатывающие бокситы Северо-Уральского месторождения.
Запасы высококачественного Северо-Уральского боксита сокращаются, поэтому для расширения сырьевой базы введен в действие Средне-Тиманский бокситовый рудник, значительно отличающийся минералогическим составом и характеризующийся низким кремневым модулем.
В настоящее время проводятся научно-исследовательские и опытно-промышленные работы по переводу существующих технологий на выпуск глинозема с содержанием фракции менее 45мкм не более 25%, а-А1203 не более 10%) и углом естественного откоса 26-320, что позволит уменьшить потери за счет пыления, повысить растворимость глинозема в электролите, снизить время образования криолит-глиноземной корки и её теплопроводность. Основными направлениями при этом являются:
внедрение в производство циклонно-вихревых печей кальцинации;
стабилизация работы участков декомпозиции алюминатных растворов при повышенных затравочных отношениях.
Свойства глинозема, полученного из Средне-Тиманского боксита, отличаются от характеристик глинозема, полученного из бокситов Северо-Уральского рудника.
На данный момент свойства глинозема, полученного из бокситов Северо-Уральского рудника, достаточно известны и изучены, тогда как свойства глинозема из бокситов нововведенного рудника не исследованы.
Поэтому изучение физико-химических характеристик глинозема,
полученного из боксита Средне-Тиманского месторождения, и их влияние
на процесс производства алюминия является актуальным.
Цель работы заключается в исследовании физико-химических свойств глинозема из боксита Средне-Тиманского месторождения и разработке технологии получения алюминия с его применением.
Задачи работы.
Изучить характеристики различных марок глинозема, полученного из боксита Средне-Тиманского месторождения.
Установить влияние физико-химических свойств глинозема на его растворимость в электролите, индекс пыления, сыпучесть и гигроскопичность. Эти данные позволят сделать выводы о поведение глиноземов различных марок в электролизном производстве.
Исследовать влияние технологических параметров на скорость растворения глинозема в электролите.
Проанализировать полученные результаты опытно-промышленных испытаний глинозема различных марок и предложить мероприятия по его внедрению в производство алюминия на электролизерах с обожженными анодами силой тока ЗООкА.
Методы исследования.
Исследование физико-химических свойств глинозема проводились с применением рентгено-дифракционного, рентгено-флуоресцентного, атомно-эмисионного и химического методов анализа. Измерения температуры ликвидус криолит-глиноземного расплава проводились системой «Сгу-0-Therm» фирмы «Heraeus Electro-Nite» методом дифференциально-термического анализа. Выявление и расчеты полученных закономерностей проводилось с помощью графических и аналитических методов; при оценке достоверности полученных результатов использованы методы статистического анализа.
Научная новизна работы.
Выявлена взаимосвязь продолжительности полного растворения глинозёма, полученного из боксита Средне-Тиманского месторождения, от его исходной концентрации в электролите.
Впервые разработан способ, позволяющий определять значение концентрации глинозема в криолит-глиноземном расплаве на основе данных о химическом составе электролита и его температуры плавления, определенной методом дифференциально-термического анализа.
Установлена взаимосвязь изменения рабочих параметров электролизера: приведенного напряжения, градиента напряжения, режима подачи глинозема в электролит и частоты регулирования межполюсного расстояния от недостаточной или избыточной концентрации глинозема в криолит-глиноземном расплаве.
Практическая значимость.
Разработаны принципы целесообразного распределения глинозема различных марок, учитывающие тип и конструкцию электролизера, а также степень его оснащенности современными системами автоматизированного управления технологическим процессом электролиза.
Предложен способ определения содержания глинозема в криолит-глиноземном расплаве. Статистический анализ показал, что в сравнении с предлагаемым способом химический метод определения концентрации глинозема занижает определяемую величину на 0,5 - 2%.
Определены условия, на основании которых автоматически производится выбор режима питания и корректировка частоты подачи глинозема в электролит, что позволяет поддерживать концентрацию глинозема в заданных пределах.
Разработаны и реализованы на практике мероприятия, позволяющие на электролизерах с самообжигающимися анодами силой тока 160 кА не
только улучшить условия труда в корпусах электролиза, но и дать экономический эффект за счет снижения его удельного расхода.
Основные результаты работы прошли опытно-промышленную проверку в условиях опытного участка Уральского алюминиевого завода на электролизерах с обожженными анодами силой тока ЗООкА и рекомендованы к использованию на V серии Иркутского алюминиевого завода.
Разработаны и реализованы на практике мероприятия, позволяющие при применении рядового глинозема на электролизерах с обожженными анодами силой тока ЗООкА достигнуть технико-экономических показателей, что и при использовании недопрокаленного глинозема.
Апробация работы.
Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на II, III региональных и IV, V научно-технических конференциях молодых ученых и специалистов алюминиевой промышленности (Иркутск, 2004-2007 г.г.), международной конференции «ИКСОБА» (Индия, 2005г.), XIII международной конференции «Алюминий Сибири» (Красноярск, 2007г.), Северо-западной конференции (Волхов, 2007г.), региональной научно-практической конференции «Перспективы развития технологии, экологии и автоматизации химических, пищевых и металлургических производств» (Иркутск, 2005г.), металлургической секции НТС. ОАО «СибВАМИ» (Иркутск, 2007г.), на заседании кафедры металлургии цветных металлов ИрГТУ (Иркутск, 2007г.).
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, из них семь тезисов докладов и пять статей, в том числе одна в рекомендуемом ВАКом журнале «Цветные металлы».
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы из 116 источников и двух приложений. Общий объем диссертации - 123 страницы машинописного текста, включая 41 рисунок, 23 таблицы.
На защиту выносятся:
результаты опытно-промышленных испытаний различных марок глинозема, полученного из боксита Средне-Тиманского месторождения;
способ определения концентрации глинозема в криолит-глиноземном расплаве;
взаимосвязь изменения рабочих параметров электролизера с обожженными анодами на силу тока ЗООкА, работающих в режиме автоматической подачи глинозема в криолит-глиноземный расплав, от недостаточной и избыточной концентраций глинозема в криолит-глиноземном расплаве;
принципиальные решения целесообразного распределения глинозема различных марок, учитывающие тип и конструкцию электролизера, а также степень его оснащенности современными системами автоматизированного управления технологическим процессом электролиза.
Физические характеристики глинозема
К физическим свойствам, которые играют значительную роль в электролитическом получении алюминия, следует отнести следующие: дисперсный и фазовый состав, удельная поверхность, плотность, угол естественного откоса, теплопроводность, истираемость и текучесть.
В последнее время фирма «Пешине» (Франция) на основании промышленных испытаний песочного глинозема пришла к выводу, что дисперсный состав глинозема должен иметь узкий диапазон расположения фракций: -100+40 мкм [22]. При этом содержание фракции менее 40мкм должно не превышать 8%, фракции менее 20мкм (основной поставщик пыли) не выше 1%.
Уместно отметить, что- узкий, диапазон, размеров частиц +45-100 мкм с основной фракцией 100 мкм обеспечивает наилучшую смачиваемость электролитом и высокую общую скорость растворения. Иначе говоря, дисперсный состав глинозема должен быть однородным. Все это указывает на важность укрупнения глинозема в улучшении технических и экологических показателей работы алюминиевых электролизеров.
По данным [23, 24] чем выше содержание фракции менее 45мкм, тем дольше вытекает навеска глинозема через калиброванное отверстие. Доказано, что чем выше средний диаметр частиц глинозема, тем меньше время его истечения [5]. Опытно - промышленными испытаниями глинозема с содержанием фракции менее 45 мкм 30 было установлено, что такой глинозем увеличивает пыление, повышает способность к его самоуплотнению и, как следствие, ухудшается его текучесть. По этой причине на заводе резко возросли трудозатраты при заполнении бункеров из прикорпусных силосов и раздаче по электролизерам, ухудшилось дозирование глинозема системой АПГ точечного типа вследствие зависания его в дозаторах [23].
Следует отметить, что продолжительность вытекания песочного глинозема составляет менее пяти мин., а отечественных видов глинозема от 6 до 11 мин [25]. Пылеунос определяется фракцией менее 44мкм. По данным [20], содержание фракции менее 45мкм в пыли, снятой с подкрановых путей корпуса, составляло более 70%, а ее содержание в пыли со склада глинозема и в пыли фильтров силосов практически 100%. Повышенное содержание глинозема в пыли, выбрасываемой через фонарь, 80,3% также вызвано использованием в корпусах электролиза мелкодисперсного глинозема с содержанием фракции менее 45 мкм 30%.
Таким образом, реально оценить ту или иную способность глинозема к пылению можно гораздо проще по динамической запыленности воздуха в рабочей зоне электролизера в различные периоды его работы методом определения массы пыли, уловленной из определенного объема воздуха на электролизере.
Необходимо еще отметить, что в [25] на основании опытно-промышленных испытаний в масштабе корпуса электролизеров ВТ было установлено, что пылеунос глинозема при обработке ванны определяется величиной ПГШ- в нем, а при подсыпке глинозема - содержанием влаги. Кроме того, содержание фракции менее 45мкм оказывает заметное влияние: чем выше содержание этой фракции, тем больше потери на пылеунос.
При одинаковой степени прокалки крупные фракции имеют удельную поверхность выше, чем мелкие фракции. Естественно, что у крупных фракций адсорбционная способность относительно F7HF будет выше, чем у мелких. Это обусловлено тем, что для мелких глиноземов удельная поверхность определяется, в основном, геометрическими параметрами, в то время как в глиноземе укрупненного грансостава ведущую роль играют дефекты частиц: трещины, поры и др. Исследование пористой структуры глинозема с содержанием а-А Оз 15-20% показало, что глинозем обладает достаточно развитым объемом микропор [26].
Удельная поверхность глинозема возрастает с увеличением степени прокалки и величины потерь при прокаливании [23]. Как правило, глинозем с большим содержанием мелких фракций имеет меньшую удельную поверхность, так как крупные частицы характеризуются большей «трещиноватостью» по сравнению с мелкими. Например, по данным [27] глинозем с 55,5% и 6,2% фракции -45 мкм имеет ВЕТ-поверхность 34 м /г и 70 м /г соответственно. Угол естественного откоса. Угол откоса — это угол между горизонтальной плоскостью и образующей конуса порошка глинозема, высыпанного из воронки на эту плоскость. Из анализа данных, приведенных в [28] следует, что песочные импортные глиноземы имеют угол откоса в пределах 31-34, в то время как отечественные виды глинозема — 32-42. Высокие значения угла откоса создает проблемы при вытекании глинозема из различных бункеров при его транспортировке и питании электролизеров, особенно в условиях АПГ. Кроме того, глинозем с углом откоса более 39 при перемещениях анода зависает, образуя пустоты в глиноземной засыпке. По- этим пустотам воздух проникает до боковых поверхностей анода и окисляет его. Истираемость. Эта характеристика глинозема является важной, т.к. непрочные глиноземы разрушаются при транспортировке с глиноземного завода (цеха) до электролизеров или - особенно на современных алюминиевых заводах - при сухой очистке газов. Анализ литературных источников, а также промышленных опытов показывают, что при пневмотранспортировке глинозема он измельчается[29].
Повышение массы мелких фракций происходит за счет измельчения, в основном, фракции -100+63 мкм. Так, содержание фракции менее 45мкм в исходном глиноземе составляло 29,15%, а после перекачки пневмотранспортом в силосы № 1 и 2 — соответственно 33,6 и 34,7%. Еще более заметное измельчение (содержание фракции -45 мкм увеличилось до 36,8%) имело место при транспортировке до силоса № 3. В работе [29] показано, что во время транспортировки глинозема по железной дороге содержание фракции -40 мкм увеличивается на 1%. Фазовый состав. Содержание а-А120з является контролируемым параметром в важнейшем для технологии процесса растворения глинозема. Общеизвестно, что скорость растворения а-А1203 является наиболее медленной по сравнению со скоростями растворения других модификаций глинозема. Так, в работе [30] показано, что скорость растворения снижается в следующем ряду: у Є 5 а-А1203 Следует отметить, что а-А1203, как более стабильная модификация, растворяется в расплаве медленнее, чем менее устойчивая у-А12Оз и переходные формы 0-А12О3, 5-А1203 и др. Энтальпия эндотермического процесса растворения (ДНР) а-А1203 выше, чем у-А1203 [28].
Результаты исследований физико-химического состава глинозема
В данном разделе изучен химический, дисперсный, фазовый состав и физические свойства глинозема различных марок.
Анализ проб проводился в лаборатории физико-химического анализа ОАО «СибВАМИ». Результаты химического, дисперсного и фазового составов глиноземов приведены в табл. 2.1 и 2.2. В табл. 2.1 так же приведены допустимые содержания примесей в глиноземе марки Г-00 по ГОСТ 30558-98.
Представленные данные в табл. 2.1 свидетельствует о том, что содержание примесей в глиноземах марок рядовой и укрупненный отличается, на наш взгляд, незначительно (1,31 % Г-00 против 1,29 % Г-ООК). Наибольшее содержание примесей в НП глиноземе - 1,95 %, что вызвано технологией кальцинации [66].
В недопрокаленном глиноземе содержанию Na20 в среднем выше на 0,04%, чем в рядовом и укрупненном. Также отмечено, что недопрокаленный глинозем не стабилен по содержанию Na20, что приводит к превышению допустимого ГОСТом значения. В то же- время в недопрокаленном глиноземе величина потерь при прокаливании на 0,2 % меньше, чем в рядовом и укрупненном. Более высокое содержание потерь при прокаливании в глиноземе марок рядовом и укрупненном связано с оснащением трубчатых вращающихся печей системой пылегазоочистки, что приводит к повышению примесей на выходе из комплекса печи [67]. При этом рядовой и укрупненный глинозем более стабилен в содержании потерь при прокаливании, чем недопрокаленный. Средние отклонения в недопрокаленном глиноземе составляет 0,25 %, в рядовом и укрупненном — 0,11 %. Высокое отклонение в недопрокаленном глиноземе приводит к превышению допустимого ГОСТом значения [68, 69].
По содержанию примесей Si02, Fe203, , РгСЬ ZnO и CaO как недопрокаленный глинозем, так рядовой и укрупненный удовлетворяют требованиям ГОСТа, предъявляемым к глинозему, и отличаются между собой незначительно. Отмечено, что глиноземы периодически имеют содержание СаО выше 0,6 %.
Как следует из табл. 2.2 содержание сс-фазы в Г-00 и Г-00К соответствует требованиям, предъявляемым к металлургическим глиноземам [70]. В то же время было отмечено, что в 2004г. в разных партиях глинозема содержание 0С-А12ОЗ может быть различным, так максимальные значения для рядового и укрупненного глинозема - 28% и 22%, а минимальные - 14% и 15%. Анализ данных 2006г. показал, что глинозем по фазовому составу стал более стабильный.
Из табл. 2.2 видно, что для глиноземов марок рядовой и укрупненный ВЕТ-поверхность достаточно высока, она не ниже, чем у песчаных глиноземов [72], в среднем 91,1 м /г (Г-00) и 93,7 м /г (Г-00К). Максимальная величина удельной поверхности для рядового и укрупненного глинозема достигает 115 м2/г, а минимальная - 63 м г и 70 м /г соответственно. В недопрокаленном глиноземе величина ВЕТ-поверхности составляет 120м /г.
По данным [73, 74] оптимальными значениями ВЕТ-поверхности считаются 60-80 м2/г. Превышение данного диапазона ведет к повышенной гигроскопичности, что нежелательно, т.к. приводит к повышенному расходу фтористых солей и увеличению расхода глинозема.
В укрупненном глиноземе количество а-А1203 в среднем меньше на 0,5-1 %, чем в рядовом, что согласуется с литературными данными [71]. В недопрокаленном глиноземе содержание а-А120з в среднем меньше на 10%, чем в рядовом и укрупненном.
Анализ химического состава электролита опытных электролизеров
Из рис. 3.5-3.8 следует, что значения температуры плавления электролита, измеренной зондом «Cry-0herm», в значительной степени зависят от текущей концентрации глинозема в расплаве. По данным [87] известно, что увеличение концентрации глинозема в криолит-глиноземном расплаве на один процент соответствует снижению температуры плавления электролита на 5-8С.
Следует отметить, что при проведении данной работы была выявлена проблема точного определения фактической концентрации глинозема в пробе электролита. Дело в том, что при существующем методе анализа нестабильность концентрации глинозема вызвана протеканием кристаллизации пробы с образованием рентгенаморфных и дисперсных частей в виде включений. В итоге весь глинозем определяется в виде а-фазы.
Дополнительный анализ криолит-глиноземного расплава показал, что концентрация фторида лития, попадающего в электролит с сырьем, величина условно постоянная и составляет в среднем по ваннам 0,59% (табл. 3.2).
Способа заключается в определении концентрации глинозема в криолит-глиноземном расплаве на основе данных о химическом составе электролита и его температуры плавления, определенной методом дифференциально-термического анализа.
Температура ликвидус криолит-глиноземного расплава измеряется системой «Cry-0herm» фирмы «Heraeus Electro-Nite». Система определяет температуру ликвидус методом дифференциального термического анализа посредством измерения термо-ЭДС. По заданному алгоритму выделяются температурные площадки на кривой измерения и рассчитываются соответствующие им усредненные значения температуры. В конце измерительного цикла на экране высвечивается рассчитанная величина перегрева электролита относительно температуры ликвидус.
В пробе электролита, отобранной во время замера температуры, криолитовое отношение, концентрации фтористого магния и кальция определяются рентгено-дифракционным методом анализа.
Полученные данные подставляются в уравнение (7) для определения концентрации глинозема в криолит-глиноземном расплаве: СА120з = (101 lnHK-CAlF3-kTAlFj-CCaF2-kTCaF2-CMgF2-kTMgF2-CLiF-kTLiF)/kTAl203 (7) где: 1011 -температура плавления чистого криолита, С [88]; Тлик - температура плавления расплава, С; CcaF2, CMgF2, и CLiF - концентрации CaF2, MgF2 и LiF в электролите, %; CAIF3 - избыток фтористого алюминия, %; kTAlF3, kTCaF2, kTMgF2, kTUF, кТА1203 - удельные коэффициенты влияния примесей на температуру ликвидус. Уравнение (7) получено путем преобразования формулы (8) для определения температуры ликвидус криолит-глиноземного расплава, разработанной французским ученым Марком Дюпи (Marc Dupuis): Тлик= 1011-CAlF3-kTAlF3-CCaF2-kTCaF2-CMgF2-kTMgF2-CLiF-kTLiF- CAl203-kTAl203 (8) В табл. 3.3 из уравнения (8) представлены температурные коэффициенты влияния одного процента содержания A1F3, CaF2, MgF2, LiF и А1203 на температуру плавления криолит-глиноземного расплава. Таблица 3.3 Температурные коэффициенты по данным Marc Dupuis [90] Примеси Температурные коэффиценты 1 % А1203 7,26 С 1 % A1F3 0,37 С 1 % CaF2 3,39 иС 1 % MgF2 3,95 иС 1 % LiF 8,86 С
Данные температурные коэффициенты выбраны потому, что результаты расчетов хорошо коррелируют с данными, полученными методом регрессионного анализа. 3.4 Проверка адекватности определения концентрации глинозема в электролите С помощью оболочки Microsoft Excel приведен расчет статистики для рядов с применением расчета методом наименьших квадратов: Уравнение для прямой линии, которая наилучшим образом аппроксимирует, имеющиеся данные имеет следующий вид: у = mx + b или у = mlxl + т2х2 + ... + b (4.3) (в случае нескольких диапазонов значений х), где зависимое значение у -функция независимого значения х, значения т - коэффициенты, соответствующие каждой независимой переменной х, a b - постоянная. Также у, хит могут быть векторами: Ъ = у-тх (4.4) Таким образом, аппроксимация имеющегося массива данных по температуре плавления, измеренной и рассчитанной концентрации глинозема имеет вид: СА1203 = m TL + b, или у = ml TL1 + m2 TL2 + ... + b, (4.5) где зависимое значение CA1203 - функция независимого значения температуры ликвидус, значения m - коэффициент, соответствующий каждой независимой переменной температуры ликвидус, a b - постоянная.
Аппроксимация рядов была проведена на основании экспериментальных данных с применением термопар (зондов) «Cry-Oherm» в период с 1 мая по 10 июля 2006г. Точность аппроксимации с помощью прямой, вычисленной линейной функцией, зависит от степени разброса данных. Чем ближе расположены данные к прямой, тем более точной является модель, описываемая функцией. Коэффициент детерминированности (R2) нормированный в интервале от нуля до единицы вычислялся по результатам сравнения фактических значений ТА1203 И значений, получаемых из уравнения прямой. Если он равен единице, то имеет место полная корреляция с моделью, т. е. нет различия между фактическими и измеренными значениями концентрации глинозема в криолит-глиноземном расплаве. В противоположном случае, если коэффициент равен нулю, то уравнение линейной функции некорректно для предсказания значений концентрации глинозема.
Изменение дисперсного состава глинозема при его транспортировке
С целью изучения влияния способа транспортировки на дисперсный состав глинозема, в течение испытаний на Иркутском и Уральском алюминиевых заводах производился отбор проб глинозема из склада сырья и в корпусах электролиза при его загрузке в машину раздачи сырья и бункера автоматической подачи глинозема. Отличительной особенностью проведения исследований, что на Иркутском алюминиевом заводе для транспортировки глинозема от склада до силоса используется пневмо и автотранспорт. От силоса до электролизера применяются машины раздачи глинозема. На Уральском алюминиевом заводе глинозем доставляется от склада к системе сухой очистки газов автоцистернами. Далее с помощью системы централизованной раздачи глинозем поступает к бункерам автоматической подачи сырья в электролит. Из табл. 4.1 видно, что при транспортировке пневмотранспортом в рядовом глиноземе в 3,2 раза увеличивается содержание фракции менее 20мкм: от 3 до 96%, содержание фракции менее 45мкм увеличилось в 1,7 раза: от 26,7 до 44,6%. Для глинозема марки укрупненный увеличение фракций менее 20мкм и 45мкм происходит в 2,6 и 1,5 раза соответственно: от 2,9 до 7,6% и от 21,9 до 33,1%.
При транспортировке автоцистернами в глиноземе марки рядовой в 2,5 раза увеличивается содержание фракции менее 20мкм: от 3 до 7,5%, содержание фракции менее 45мкм увеличилось в 1,2 раза: от 26,7 до 32,3 %. Для глинозема марки укрупненный увеличение фракций менее 20мкм и 45мкм происходит в 2 и 1,2 раза соответственно: от 2,9 до 5,7 % и от 21,9 до 25,9 %. На рис. 4.1 приведены результаты исследований изменения дисперсного состава недопрокаленного глинозема и марки рядовой прошедших транспортную схему на Уральском алюминиевом заводе. Из рис. 4.1 видно, что после прохождения транспортной схемы в недопрокаленном и рядовом глиноземах не произошло существенного изменения фракции менее 45 мкм.
Следовательно, истираемость глинозема, в независимости от марки, обусловлено способом транспортировки. Так, увеличение содержания фракции менее 45 мкм при пневмотранспортировке составляет 12-18 %, в то время как при доставке автоцистернами - 4-5 %. 4.3 Влияние физико-химических характеристик глинозема на свойства криолит-глиноземной корки
Опытно-промышленные испытания глинозема марки рядовой и укрупненный, выполненные в корпусе № 1 Иркутского алюминиевого завода, показали, что: 1. Укрупненный глинозем при обработке не комкуется и образует рыхлую криолит-глиноземную корку с достаточной прочностью, а при засыпке ложится ровным слоем и не «ползет» вниз. Характерной особенностью криолито глиноземной корки, сформированной укрупненным глиноземом, являлось то, что она постепенно самопроизвольно осаждалась вниз, не нарушая своей целостности. При этом она плотно прилегала к боковой поверхности анода. Это усиливало «подпитку» глинозема из корки, что составляло значительную долю поступления его в электролит [102]. 2. Глинозем марки рядовой после обработки через некоторое время образовывал тонкую, но очень прочную корку. По данным [103] следует, что с увеличением содержания фракции менее 45мкм толщина корки уменьшается, а плотность корки и тепловой поток через нее, наоборот, возрастают. Следует отметить, что при загрузке рядового глинозема в электролит имело место его комкование, а образовавшиеся комки обволакивались электролитом. Естественно, что эти окомкованные глиноземистые образования! имеют плотность, близкую к плотности металла и выше[104]. Другими, словами, глинозем марки рядовой с содержанием фракции менее 45мкм 30% имеет повышенную склонность к образованию осадка. После обработки электролизера трудно было создать глиноземную засыпку, т.к. этот вид глинозема стекал вниз и приходилось подгребать глинозем несколько раз.
Что касается осадкообразования на подине электролизеров, то при использовании укрупненного глинозема ванны работали практически без осадков, в то время как при работе на рядовом глиноземе наметилась устойчивая тенденция образования осадка на подине электролизеров [105].
Известно, что для образования осадка глинозем и электролит должны погрузиться на подину и, преодолев при этом поверхностное натяжение на границе раздела металл - электролит, пройти через слой металла [106]. Здесь особое значение приобретает плотность скопления глинозема над металлом, поскольку во многих случаях плотность скопления глинозема и расплава может быть ниже плотности металла, и тогда образование осадка не произойдет. Подобное явление было выявлено при использовании глинозема марки укрупненный.
Необходимо отметить, что тонкая прочная корка, образованная рядовым глиноземом, способствовала повышению трудозатрат при ликвидации анодных эффектов. Более того, анодные эффекты гасились с трудом: приходилось использовать несколько жердей. В цикле испытаний укрупненного глинозема анодные эффекты гасились легко [107].
Таким образом, вышеприведенные результаты дают основание утверждать, что менее плотные корки, образованные при загрузке в электролит глинозема марки укрупненный, легче поддаются разрушению при обработке электролизеров. Кроме того, эти корки содержат больше глинозема, чем прочные и плотные корки, сформированные рядовым глиноземом.
