» » Влияние некоторых факторов на показатели работы промышленных электролизеров
24.04.2015

Влияние ряда факторов на показатели работы промышленных электролизеров следует рассматривать в их взаимной связи; особенно наглядно это проявляется в связи между составом электролита и плотностью тока. Обычно под термином «плотность тока» подразумевается анодная плотность тока da, которая всегда возрастает с силой тока и пропорциональна ей. Катодная же плотность тока dK не всегда возрастает с увеличением силы тока, она может уменьшаться за счет расплавления гарниссажа при увеличении силы тока или возрастать вследствие образования более мощных гарниссажей. Как показывают лабораторные исследования, влияние на выход по току анодной и катодной плотностей тока противоположно. С повышением только анодной плотности тока выход по току падает за счет увеличения активности взаимодействия в расплаве анодных продуктов и ионов одновалентного алюминия.
Повышение катодной плотности тока обеспечивает увеличение выхода по току (рис. 61). Именно с повышением катодного потенциала уменьшается вероятность неполного разряда ионов Al3+, а также вторичной реакции — растворения алюминия в электролите. Поэтому для электролитов, имеющих повышенное содержание ионов трехвалентного алюминия, в присутствии которых возрастают потери алюминия, для получения более высоких выходов по току требуется повышенная катодная плотность тока.
Влияние некоторых факторов на показатели работы промышленных электролизеров

В табл. 6 приведены показатели работы (выход по току ηт, выход по энергии ηэ) ряда заводов за последние годы и сопоставлены с составом электролита и анодной плотностью тока (за неимением значений катодной плотности тока), которая в промышленных ваннах изменяется одновременно с катодной плотностью тока.
Влияние некоторых факторов на показатели работы промышленных электролизеров

Из табл. 6 следует, что чем выше плотность тока при одном и том же низком криолитовом отношении, тем выше выход по току. Применение электролитов с низким криолитовым отношением (К. О. = 2,3/2,4) на ваннах с низкой плотностью тока (dа = 0,7 а/см2) приводило лишь к значительному снижению выхода по току. Чем меньше мощность ванны, тем больше ее тепловые потери, тем выше требуется поддерживать плотность тока для сохранения теплового равновесия, тем более кислые электролиты можно применять на такой ванне. Однако повышение плотности тока при прочих равных условиях увеличивает удельный расход энергии Правильный выбор плотности тока зависит от экономического сопоставления капитальных затрат и стоимости передела.
Целесообразность понижения криолитового отношения электролита определяется не только высокой катодной плотностью тока, но также и существующей в данном электролизере величиной межполюсного расстояния. Заводская практика показала, что уменьшение криолитового отношения электролитов целесообразно только в том случае, если имеется возможность сократить межполюсное расстояние с целью понижения напряжения на ванне, которое возрастает вследствие повышения электрического сопротивления электролита с низким криолитовым отношением
На электролизерах, имеющих кислые электролиты и работающих при высокой плотности тока, с малыми межполюсными расстояниями, которые уже нельзя более понизить, дальнейшее снижение криолитового отношения приводит к увеличению удельного расхода электрической энергии.
На мощных ваннах, работающих при силе тока до 130 ка, нельзя поддерживать высокую плотность тока из-за относительно небольших тепловых потерь такой ванной. Поэтому на мощных ваннах обычной конструкции нельзя применять электролит с низким криолитовым отношением, требующим высокой катодной плотности тока. Для этого потребуется изменить конструкцию шахты ванны, обеспечивающую высокую катодную плотность тока, что можно сделать, например, применив вместо гарниссажа дополнительную боковую футеровку шахты ванны.
Интенсификацию действующих электролизеров можно осуществить следующими путями: увеличением тепловых потерь, уменьшением греющего напряжения путем снижения межполюсного расстояния, а также увеличением выхода по току.
Увеличение тепловых потерь электролизерами было достигнуто:
1) применением более легкоплавких электролитов, содержащих избыточный фтористый алюминий (К. О. = 2,2/2,3) и добавки CaF2 и MgF2;
2) увеличением слоя алюминия в ванне до 30—35 см. При ограниченной глубине шахты ванны это приводило к уменьшению уровня электролита, что в свою очередь вызывало уменьшение загрузок очередных порций глинозема, более частую обработку ванны, а это также способствовало более холодному ходу ванны
Применение кислых электролитов и увеличение плотности тока на всех заводах сопровождалось изменением системы питания ванн глиноземом: загрузка глинозема на корку электролита была уменьшена, ванны начали обрабатывать чаще и не вкруговую, а по частям. Уменьшение одновременной загрузки глинозема в ванны также снизило растворимость окиси алюминия в электролитах с низким криолитовым отношением. На работу электролизной ванны значительное влияние оказывает количество и продолжительность анодных эффектов.
Во время анодных эффектов температура электролита повышается до 1000°, а следовательно, потери алюминия возрастают и выход по току снижается. Расход электрической энергии в значительной мере зависит от количества и продолжительности анодных эффектов. По данным И.П. Гупало, сокращение средней продолжительности вспышки на 1,5 мин позволило сэкономить 0,5 г/квт-ч, а сокращение количества вспышек на ванну в сутки с 1,2 до 0,7 при одинаковой их продолжительности — 1 г/квт-ч Некоторые отечественные заводы перешли на работу с количеством вспышек, не превышающим 0,2 на ванну в сутки.
С решением проблемы непрерывного питания ванн глиноземом необходимость в допущении анодных эффектов, по-видимому, отпадет На показатели работы ванны в значительной степени влияет качество ее обработки
На улучшение показателей работы алюминиевых электролизеров заметное влияние оказало увеличение ширины анода (с 1,8 до 2,5 м), что привело к снижению напряжения на ванне, уменьшению тепловых потерь, некоторому возрастанию выхода по току и по энергии.