用于控制向用于生产铝的电解池进料铝的方法技术

本发明专利技术涉及有色金属冶炼，并且可适于控制氧化铝向用于生产铝的电解池中的进料，目的是保持电解熔体中的氧化铝浓度等于或接近饱和浓度。将氧化铝浓度保持在设定范围内涉及测量给定的电压(U)或伪电阻(R)，以固定的时间间隔记录测量结果，并形成供电循环，包括相对于电解过程中氧化铝消耗的理论速率以欠量或过量进料氧化铝，其中根据电解熔体中的氧化铝浓度选择欠量进料阶段的持续时间，并且根据电解池记录的一个或多个值的变化来确定过量进料阶段的持续时间：给定的电压、伪电阻、给定电压和伪电阻的变化速率dU/dt、dR/dt；另外，可以在任何进料阶段期间执行对极间距离的调节以维持电解池能量平衡。本发明专利技术由于消除了具有碳阳极的电解池中的阳极效应，以及通过在低氧化铝浓度电解质熔体中使用具有高腐蚀速率的新型结构和电极材料，改善了铝生产过程的工程和经济性能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及有色金属冶炼，特别涉及一种控制氧化铝向电解池进料以使电解熔体中的氧化铝浓度维持等于或接近由熔融盐电解生产铝的饱和值的方法。目前，通过在电解池中约950℃的温度下在熔融氟化物中电解还原氧化铝从而生产铝。电解熔体中的氧化铝浓度保持为2重量％至4重量％，这降低了氧化铝泥浆在电解池底部沉积和积累的风险。存在多种用于控制氧化铝进料至氧化铝浓度显著低于饱和值的电解池的方法；这些方法使用电解池中的电阻或电压与电解质中的氧化铝浓度之间的变化关系，同时交替氧化铝向电解池欠量进料和过量进料的循环。根据这种关系，电解质中氧化铝浓度的任何变化导致池中的电压(伪电阻(pseudo-resistance))在所有其它电解参数保持恒定时发生变化。可以从电压(伪电阻)变化的速率推导出电解质中的氧化铝浓度。图1示出了具有不同阳极-阴极距离(ACD)的熔体中的电阻与氧化铝浓度的关系，其中(а)是最佳ACD，(b)是较大ACD，(с)是较小ACD。在工业实践中，池中的电阻保持在Rт–r至Rт+r的范围内，其中Rт是目标电阻值。该图显示该关系是非线性的，并且最小电阻对应于熔体中约4重量％的氧化铝。在氧化铝低浓度范围(曲线的左部或左侧分支)中增长的电阻表示电解熔体中的氧化铝浓度的下降和即将到来的阳极效应，而在氧化铝高浓度范围(曲线的右侧部分或右侧分支)中表示氧化铝浓度累积。此外，图1示出了在低氧化铝熔体中氧化铝浓度的变化产生比在高氧化铝熔体中更高的电压和伪电阻变化速率，即，当氧化铝浓度较低时电压和伪电阻对氧化铝具有更高的敏感性。因此，电解熔体中的氧化铝浓度保持在2重量％至4重量％之间，这样的值简化了自动进料控制的算法。此外，氧化铝泥浆在池底部沉积的风险较低。例如，降低的电池电压和电解池中氧化铝浓度之间的上述关系为控制电解池的方法提供了依据，同时氧化铝溶解速率改变(RU专利号2255149，C25C3/20，2004/05/05)；该方法包括通过交替进料模式(标准进料、欠量进料和过量进料)，测量电解池电压、电解槽电流、计算降低电压Ured、其时间变化速率dUred/dt，并比较计算值和设定值从而来维持氧化铝浓度在设定范围内。该方法可以使进料算法适应进料质量、氧化铝溶解速率、电解运行参数和自动氧化铝进料模式。通过在Shewhart图表上以欠量进料和过量进料模式绘制自动化氧化铝进料的剂量来检测与目标参数的任何偏差。将氧化铝剂量与目标范围进行比较，然后通过改变自动氧化铝进料系统的运行模式的基本常数、电压设置、以及向池中添加氟化铝来调节氧化铝剂量。该方法的缺点是，在电解池故障的情况下，必须循环性地手动将进料算法手动调节到Shewhart图表，其中氧化铝剂量的测量之间的时间间隔设置为至少24小时。因此，可能的是，电解槽在欠量进料或过量进料的情况下运行相当长的时间，这可能导致更多的工艺故障，降低电解池性能(更高的比功率消耗、更低的电池效率和更高的劳动力成本)。还已知一种用于控制氧化铝向用于生产铝的电解池中进料的方法(RU专利No.23233914，C25C3/20，2004/08/10)，当测量电解池电压以形成一系列标准进料、欠量进料和过量进料模式时，以将氧化铝浓度保持在设定范围内。基于电解池电压和电解槽电流的测量值计算伪电阻Rnc及其时间导数dRnc/dt，并且如果在欠量进料模式期间dRnc/dt超过设定的阈值，则该模式切换到过量进料模式。在欠量进料和过量进料模式中的自动化氧化铝进料的时间设定成与自动化氧化铝进料设置成比例，而阳极组件仅在基本进料模式期间移动。自动氧化铝进料设置被调整为欠量进料模式的持续时间：如果欠量进料模式持续超过设定时间，则增加自动氧化铝进料设置，反之亦然，而过量进料模式具有恒定时间。该方法还取决于电解槽电压(伪电阻)和电解熔体中的氧化铝浓度之间的关系。该方法的缺点是当氧化铝浓度超过一定限度时，不可能增加电解槽的假电阻，即它是指电解槽电压(伪电阻)相对于电解熔体中氧化铝浓度曲线的右边部分。较高的伪电阻导致自动化氧化铝进料系统的功能故障，即在过量进料模式期间的过量进料和电解池过量进料以及氧化铝泥浆在电解池底部中的沉积。就技术本质和技术效果而言，与本公开的方法最接近的类似方法是用于控制氧化铝向电解池进料的方法(RU专利号2220231，C25C3/20，2005/12/27)，其测量电解池中电极之间的电阻，以固定时间间隔记录电阻，评估电解池中的氧化铝浓度，并以固定速率向电解池提供欠量或过量氧化铝。该方法使用关于包括欠量进料和过量进料的进料阶段的电阻曲线趋势的累积信息。从在从欠量转换到过量进料的过程中电阻曲线的趋势和倾斜角推导出电解熔体中的氧化铝浓度。电阻曲线的下降部分表示电解熔体中氧化铝的浓度较低，曲线的上升部分表示较高的浓度；大约4％的浓度产生平坦或接近平坦的曲线。为了保持电解池中氧化铝浓度的最佳范围，基于前一个循环的参数，决定下一个进料阶段期间对电解池的欠量和过量进料的持续时间。该方法以及上述方法的缺点是，仅仅在氧化铝浓度相对低(在2重量％至4重量％的范围内)时可以应用该方法。在这种情况下，电解槽电压相对于电解熔体中氧化铝浓度曲线的左边部分适用于该过程(图1)。根据上述方法，电解熔融中较高的氧化铝浓度和工艺向曲线右部的转变，即，向较高氧化铝浓度的区域的转变被认为是工艺缺陷。因此，当需要保持电解熔体中的氧化铝浓度等于或接近饱和值时，这些用于控制氧化铝进料的方法是不适用的。同时，使用氧化铝饱和的熔体可以完全消除阳极效应，并且使得可以使用惰性阳极和基于氧化铝的耐火衬里。目前，没有方法可用于向电解池中自动进料氧化铝，并将氧化铝熔体中的氧化铝浓度保持为接近氧化铝溶解度的极限。本专利技术的目的是消除具有碳阳极的电解池中的阳极效应，以及减慢惰性阳极和氧化铝基衬里材料的腐蚀速率。技术效果是通过使用以氧化铝饱和或几乎饱和的电解熔体来减少电池底部中的氧化铝泥浆。技术效果通过提供一种用于控制氧化铝向由熔融盐生产铝的电解池中进料的方法来实现。该方法包括测量电解池的电极之间的电阻值；以固定时间间隔记录测量的电阻值；评估氧化铝浓度；与理论氧化铝进料速率相比，以欠量进料模式和过量进料模式按照设定速率进料氧化铝，欠量进料和过量进料阶段交替，保持电解熔体中的氧化铝浓度等于或接近饱和值，其中，根据电解熔体中的氧化铝浓度选择欠量进料阶段的持续时间，并且根据记录的一个或多个电解池参数的变化来确定过量进料阶段的持续时间：降低电压U、伪电阻R、降低电压和伪电阻的速率dU/dt、dR/dt，并且其中通过移位阳极组件在任何进料阶段期间调节阳极-阴极距离。用于控制氧化铝向电解池进料的方法的具体实施方式具有以下特征：1.在欠量进料阶段，相对氧化铝进料速率V1设定为电解期间理论氧化铝进料速率的0～80％。2.在过量进料阶段，相对氧化铝进料速率V2设定为电解期间理论氧化铝进料速率的110％～400％。3.由持续时间为τ1的欠量进料阶段和持续时间为τ2的过量进料阶段构成的进料循环i以欠量进料阶段开始，随后是过量进料阶段，而在过量进料阶段记录第一降低电压值Uinitial，并且如果满足以下条件则终止过量进料阶段：(dU/dt)>k1，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制氧化铝向通过电解熔融盐生产铝的电解池中进料的方法，所述方法包括：测量电解池的电极之间的电阻值；以固定时间间隔记录所测量的电阻值；评估氧化铝浓度；与理论氧化铝进料速率相比，以欠量进料模式和过量进料模式按照设定速率进料氧化铝；欠量进料和过量进料阶段交替，所述方法特征在于保持电解熔体中的氧化铝浓度等于或接近饱和值，其中，根据电解熔体中的氧化铝浓度选择欠量进料阶段的持续时间，并且根据记录的一个或多个以下电解池参数的变化来确定过量进料阶段的持续时间：降低电压U、伪电阻R、降低电压的变化速率dU/dt、和伪电阻的变化速率dR/dt，并且其中通过移位阳极组件在任何进料阶段期间调节阳极‑阴极距离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于控制氧化铝向通过电解熔融盐生产铝的电解池中进料的方法，所述方法包括：测量电解池的电极之间的电阻值；以固定时间间隔记录所测量的电阻值；评估氧化铝浓度；与理论氧化铝进料速率相比，以欠量进料模式和过量进料模式按照设定速率进料氧化铝；欠量进料和过量进料阶段交替，所述方法特征在于保持电解熔体中的氧化铝浓度等于或接近饱和值，其中，根据电解熔体中的氧化铝浓度选择欠量进料阶段的持续时间，并且根据记录的一个或多个以下电解池参数的变化来确定过量进料阶段的持续时间：降低电压U、伪电阻R、降低电压的变化速率dU/dt、和伪电阻的变化速率dR/dt，并且其中通过移位阳极组件在任何进料阶段期间调节阳极-阴极距离。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在欠量进料阶段，相对氧化铝进料速率V1设定为电解期间理论氧化铝进料速率的0～80％。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在过量进料阶段，相对氧化铝进料速率V2设定为电解期间理论氧化铝进料速率的110％～400％。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由持续时间为τ1的欠量进料阶段和持续时间为τ2的过量进料阶段构成的进料循环i以欠量进料阶段开始，随后是过量进料阶段，其中在过量进料阶段记录第一降低电压Uinitial，并且在以下情况下终止过量进料阶段：(dU/dt)>k1，其中k1是过量进料阶段中降低电压的变化速率的阈值；或者在时刻τx，U>Uinitial+ΔU，其中ΔU是过量进料阶段中降低电压的变化的阈值；或者τ2>τ1(Vmax–V1)/(V2–Vmax)，其中Vmax是确定过量进料阶段最长持续时间的最大氧化铝进料速率。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在过量进料阶段开始时，记录第一伪电阻值Rinitial，其中在以下情况下终止过量进料阶段：(dR/dt)>k2，其中k2是过量进料阶段的伪电阻变化速率的阈值；或者在时刻τx，R>Rinitial+ΔR，其中ΔR是过量进料阶段中伪电阻变化的阈值；或者τ2>τ1(Vmax–V1)/(V2–Vmax)。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在过量进料阶段开始时，如果满足以下条件，则检查过量进料阶段的终止条件：τ2≥τ1(Vmin–V1)/(V2–Vmin)，其中Vmin是确定过量进料阶段的最短持续时间的最小氧化铝进料速率。7.根据权利要求4所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·A·斯马科夫，A·O·古谢夫，K·B·巴金，
申请(专利权)人：俄铝工程技术中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：俄罗斯;RU