Введение к работе
Актуальность работы. При электролитическом производстве алюминия в катодном металле всегда присутствует некоторое количество натрия, кальция и магния При наличии в электролите добавок фторида лития в металле также может присутствовать литий, а в особых случаях калий в измеряемых количествах Некоторые примеси, например натрий, отрицательно влияют на процессы литья и переработки алюминия Другие примеси ограничиваются в алюминии при его легировании
Особо следует подчеркнуть отрицательную роль натрия Исследования, выполненные за последние десятилетия, показывают, что с поведением натрия связаны такие важные вопросы, как выход по току и уменьшение срока службы электролизеров из-за внедрения натрия в углеродную подину
Наиболее кардинальным способом увеличения долговечности электролизеров является применение в их конструкциях инертных электропроводящих материалов Это стратегическая перспектива развития алюминиевой промышленности, требующая высокозатратного нового конструкционного оформления электролизеров Хотя в данном направлении достигнуты значительные успехи, в ближайшие годы актуальным остается проведение исследований, ставящих своей целью изучение поведения примесей при электролизе и совершенствование технологии на существующих ваннах
Исследования выполнялись в соответствии с грантом РФФИ "Поддержка ведущих научных школ" (проект № 00-15-9907л), грантом "Металлургия" Т02-053-3579 Министерства образования РФ "Создание наукоемких и технологических основ металлургических процессов получения новых продуктов на базе легких и редких металлов", НИР - госбюджет 1.8 08 "Разработка научных основ ресурсосберегающих экологически безопасных технологий в области комплексной переработки рудного и техногенного сырья цветной металлургии"
Цель работы; повышение эффективности производства алюминия на основе управляемого распределения микропримесей между электролитом и катодным алюминием, определение перехода примесей в алюминий при различных значениях криолитового отношения и наличии добавок фторидов
Методы псследовапий. Для решения поставленных задач применяли экспериментальные исследования с использованием высокотемпературной лабораторной установки и исследования на промышленных электролизерах с ОА Определение микропримесей осуществляли на современном спектральном квантометре Spectro-Lab М высокой точности, криолитовое отношение (К.О ) определяли методом рентгено-структурного анализа Обработку экспериментальных данных проводили методами статистического анализа и математического моделирования с применением специальных компьютерных программ
Научная новизна работы:
в неравновесных условиях и при электролизе криолит-глиноземных расплавов получены характеристики распределения микропримесей (натрия, кальция, магния, лития) между металлом и электролитом,
выявлено каталитическое воздействие фторида кальция при содержании в электролите более 3-4 % фторида кальция концентрация натрия в металле и подовых блоках резко возрастает Добавки фторидов магния и лития оказывают положительное влияние на снижение концентрации исследуемых примесей в алюминии,
показано, что примеси, в первую очередь натрий, предпочтительно переходят из электролита в более чистый алюминий Рассмотрены кинетические характеристики взаимодействия алюминия с криолитом,
на базе модели средних состояний ионов выполнено моделирование смешения в расплавленных солях для систем NaF - A1F3 Значения зависимости ДН от состава использованы для расчетов активности компонентов и зависимости давления натрия от состава расплава,
установлены закономерности взаимодействия металлического алюминия с криолитом в присутствии добавок фторидов щелочных и щелочно-земельных металлов с позиций образования комплексных соединений
Практическая значимость работы:
проведена статистическая оценка корреляции содержания примесей в алюминии, получаемом в электролизерах ОА малой мощности (~ 60 кА) Получены зависимости между содержанием Na и Mg, Са и Mg, Na и Са,
подтверждено, что повышение содержания CaF2 в электролите от 4 до 6 % увеличивает содержание натрия и кальция в катодном алюминии в два раза (от 0,0045 до 0,0081 % натрия и от 0,00023 до 0,0004 % кальция). Установлена зависимость срока службы ванн от коэффициента корреляции R ка-са;
на промышленных электролизерах изучено поведение микропримесей и К О электролита при загрузке фторида алюминия,
показано периодическое изменение К О электролита и содержания микропримесей натрия в катодном металле, составлены алгоритмы питания электролизера фторидом алюминия,
предложен способ одновременной и непрерывной загрузки перемешанной смеси фторида алюминия и глинозема в электролизер,
- на основании выполненного комплекса исследований выданы рекомендации по снижению содержания натрия в катодном металле, что увеличит срок службы электролизеров, подана заявка на изобретение "Способ питания алюминиевых электролизеров "
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на конференциях Международная научно-практическая конференция "Металлургия легких металлов Проблемы и перспективы" (Москва, МИСиС, 2004), научная конференция молодых ученых "Полезные ископаемые России и их освоение" (Санкт-Петербург, СПГГИ, 2006), на Международном промышленном конгрессе в рамках "Петербургской технической ярмарки" (Санкт-Петербург, РЕСТЭК, 2006), Международной научно-практической конференции посвященной 75-летию ВАМИ (Санкт-Петербург, РУСАЛ - ВАМИ, 2006), 2-й Международной научно-практической конференции "Металлургия легких металлов Проблемы и перспективы" (Москва, МИСиС, 2006),
Отдельные этапы и элементы работы рассматривались на научно-техническом совете "Волховский алюминиевый завод -СУАЛ".
Публикации. Основные положения работы опубликованы в 4 статьях, тезисах 4 докладов, подана заявка на изобретение
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы, включающей 114 наименований Работа изложена на 128 страницах машинописного текста, содержит 25 таблиц и 36 рисунков.
