📄Работа №102387
Тема: ЭЛЕКТРОЛИЗ СУСПЕНЗИЙ ГЛИНОЗЕМА В КАЛИЕВОМ КРИОЛИТЕ
Тип работы
Авторефераты (РГБ)
Предмет
Металлургия
Объем:
24 листов
Год:
2018
Просмотров:
261
250
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
📖 Введение
Актуальность темы. С учетом многократно выросшей мировой потребности в алюминии по сравнению с началом 20-го века (с 6 800 до 57 630 000 т на 2015 г), динамика развития требует снижения удельного расхода электроэнергии, трудоемкости получения алюминия, расхода углерода и фторидов, капитальных затрат, выбросов и, как следствие, себестоимости алюминия.
Компаниями и отдельными исследователями ведутся разработки альтернативных технологий: низкотемпературного электролиза, карботермического способа, электролиза с использованием инертных анодов. Отдельное место среди альтернативных способов занимает электролиз суспензий. Главная идея этого способа заключается в том, чтобы между инертным анодом и смачиваемым алюминием катодом создать такую среду (неньютоновскую жидкость), которая эффективно разделяла бы приэлектродные пространства, являясь одновременно источником ионов А13+ и О2- для обеспечения электродных процессов. Из предыдущих исследований следует, что попытки создать новую технологию электролиза являются обнадеживающими.
Подходящим материалом для создания разделяющей и питательной среды может быть смесь из глинозема и насыщенного по глинозему расплава солей. Свойства этих суспензий практически не изучены. Комплекс вопросов, связанных со свойствами криолитоглиноземных суспензий и их поведением в процессе электролиза, и явился предметом работы по теме «электролиз суспензий глинозема в калиевом криолите».
Представляемая к защите работа рассматривает алюминиевый электролизер как диссипативную систему и представляется актуальной, так как направлена на решение важной для алюминиевой промышленности задачи - перехода на экологически усовершенствованные и ресурсосберегающие технологии.
Степень разработанности темы исследования. Идею использования дисперсных систем в качестве электролитов при производстве алюминия впервые предложил в 1980-х годах Т. Бек. Электролизер Бека состоит из корпуса, монополярных малорасходуемых электродов, расположенных вертикально, а также горизонтального анода, расположенного на дне корпуса и выполняющего роль газового генератора, поддерживающего частицы глинозема во взвешенном состоянии. В его работах выход по току составлял от 0,2 до 0,6. Необходимость использования газового генератора была обусловлена тем, что объемная доля ф твердой нерастворенной фазы (глинозема) в электролите составляла 0,072. Концепция не получила промышленного применения.
Позже, в 2006 году, другая идея использования дисперсных систем была предложена П. Поляковым и в 2006-2011 годах разрабатывалась Д. Симаковым и К. Бакиным. Сформулированы основные положения концепции:
- использование вертикальных малорасходуемых электродов;
- применение дисперсной системы с ф<25 в качестве электролита;
- катодная плотность тока 1С в пределах от 0,1 до 0,2 А/см2;
- межэлектродное расстояние не более 2 см;
- использование в качестве дисперсионной среды расплава ИаР-А1Р3.
Настоящая работа направлена на расширение представлений об электролизе концентрированных суспензий, на поиск приемлемых условий проведения электролиза, на получение сведений о неньютоновских высокотемпературных дисперсных системах и на оценку экономической целесообразности разработки технологии.
Цели работы: определение свойств суспензий, поведения электродов, разработка конструкции опытного электролизера, расчет энергетического баланса и экономического эффекта эксплуатации. Полученные сведения помогут подтвердить или опровергнуть экономическую целесообразность разработки промышленной технологии и уточнить ее основные принципы.
Задачи исследования:
1. Анализ текущего состояния проблемы, определение спектра нерешенных задач.
2. Исследование реологических свойств криолитоглиноземных
суспензий, определение скорости седиментации.
3. Исследование анодного процесса (газовыделения) на кислород- выделяющем электроде.
4. Исследование катодного процесса на вольфрамовой подложке и зависимости перенапряжения от плотности тока.
5. Проведение гальваностатического лабораторного электролиза с использованием электродов из алюминиевой бронзы (90Си-10А1) в суспензии на основе калиевого криолита с криолитовым отношением КО=1,3 при 700±10°С и ф=0,25.
6. Создание математической модели электролизера с целью предварительного расчета энергетического баланса.
7. Первоначальная оценка технико-экономических показателей и экономического эффекта от разработки промышленной технологии получения алюминия электролизом суспензии.
Научная новизна:
1. Установлены зависимости скорости самопроизвольного осаждения дисперсной фазы концентрированной суспензии, содержащей калиевый ионный расплав в качестве дисперсионной среды, от ф и гранулометрического состава.
2. Получены данные, касающиеся характера трехфазных потоков (зависимости скорости роста, всплывания пузырей, толщины трехфазного слоя от удельной скорости газовыделения, вертикальной координаты), образующихся вблизи вертикальных анодов в результате электрохимического выделения кислорода.
3. Получена информация о кинетике нестационарного катодного процесса в суспензиях в зависимости от скорости развертки потенциала, температуры и содержания А12О3. Оценены коэффициенты диффузии электроактивных частиц к катоду в зависимости от температуры и содержания А12О3 в суспензии КР-А1Р3-А12О3.
4. Исследовано влияние температуры, соотношения [КР]/[А1Р3], содержания А12О3 на перенапряжение и предельную плотность тока катодного выделения алюминия из суспензий КР-А1Р3-А12О3 в стационарных условиях.
Теоретическая значимость работы:
1. Определена скорость осаждения концентрированной суспензии, исследована зависимость скорости осаждения от объемной доли и размера частиц.
2. Определена скорость всплывания и роста пузырей в концентрированной суспензии.
3. Определены коэффициенты диффузии комплексных ионов к катоду при электролизе.
Практическая значимость работы
В работе определены основные направления для создания промышленной технологии получения алюминия электролизом концентрированных (при объемной доли частиц ф>0,1) криолитоглиноземных (на основе калиевого криолита) суспензий с использованием малорасходуемых биполярных вертикальных электродов и с системой организованного удаления продуктов электролиза. В частности, предложены следующие технические и технологические решения:
1. Установка вертикальных биполярных электродов на расстоянии 5 - 10 мм друг от друга при условии удаления более 90 об.% анодного газа и полного удаления катодного металла через тела электродов. Вертикальная ориентация позволит увеличить удельную производительность электролизера (по сравнению с существующими типами ванн) в 10 раз. Использование малорасходуемых анодов сделает влияние электролиза на окружающую среду более благоприятным вследствие выделения кислорода вместо оксидов углерода, перфторуглеродов и полициклических ароматических углеводородов (ПАУ).
2. Использование суспензии с ф> 0,3 при применении стандартного металлургического глинозема с целью снижения скорости седиментации либо ее исключения.
3. Проведение процесса при 700 - 720°С, что позволит снизить скорость коррозии анода и предотвратить превращение у-глинозема в труднорастворимую а-фазу.
4. Проведение процесса при 1С около 0,2 А/см2.
Снижение себестоимости алюминия после разработки и внедрения новой технологии может составить от 100 до 250 $/т А1.
Методология и методы диссертационного исследования
Методологической основой исследования являются работы ведущих отечественных и зарубежных ученых, посвященные электролизу криолитоглиноземных расплавов, седиментации, газогидродинамике у электрода, выделяющего газ, массопереносу и электрохимии. Использованы современные методы исследований, в т.ч. киносъемка, хронопотенциометрия, вольтамперометрия, рентгенофазовый анализ, оптическая микроскопия, лабораторные электролизные испытания. Энергетический баланс рассчитывался решением уравнений сохранения методом конечных элементов с помощью программного продукта ANSYS. Электрохимические исследования проводились при помощи потенциостата AUTOLAB PGSTAT 302n с программным обеспечением NOVA.
Положения и результаты, выносимые на защиту:
1. Реологические свойства концентрированных криолитоглиноземных суспензий и характер двухфазных потоков вблизи электрода, выделяющего газ, в зависимости от объемной доли дисперсной фазы, размеров частиц и удельной скорости газовыделения.
2. Выбор параметров для разработки промышленной технологии получения алюминия электролизом с вертикальными анодами при межэлектродном расстоянии от 5 мм и в условиях подавленной седиментации и конвекции.
3. Параметры катодного процесса в суспензиях KF-AlF3-Al2O3в исследуемом диапазоне температур (715-800 °С) в условиях диффузионных ограничений по доставке электроактивных частиц к катоду.
4. Зависимость катодного перенапряжения от плотности тока, объемной доли твердой фазы, температуры и криолитового отношения.
5. Разработка концепции промышленной технологии и аппарата с малорасходуемым анодом, с технологическими параметрами, сравнимыми с передовыми промышленными технологиями получения алюминия.
Степень достоверности и апробация результатов
Достоверность результатов подтверждается всесторонним анализом объекта исследования, использованием современных методов исследований и обработки данных, а также соответствием полученных экспериментальных результатов теории и практике получения металлов электролизом расплавов.
Апробация работы
Основные результаты диссертации доложены на международных и всероссийских конференциях: международный симпозиум TMS-2016, Нэшвил, США, февраль 2016 г.; VII Международный конгресс «Цветные металлы и минералы», Красноярск, сентябрь 2015; VIII Международный конгресс «Цветные металлы и минералы», Красноярск, сентябрь 2016; Конференция «Молодежь и наука», Красноярск, апрель 2015; Конференция «Проспект Свободный-2016», Красноярск, апрель 2016.
Личный вклад соискателя: формирование цели и направления исследований; планирование и решение задач по исследованию процессов седиментации концентрированной суспензии и газовыделения на поверхности электрода; проведение лабораторного электролиза и разработка математической модели; непосредственное осуществлении экспериментальной части работы; обобщение полученных данных и подготовка рукописей научных статей, докладов и выступлений на российских и международных конгрессах и выставках.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 6 статей опубликованы в рецензируемых научных журналах, определенных ВАК, из них 3 - в журналах, индексируемых Scopus, 1 - в журнале, индексируемом Web of Science; а также в трудах и материалах международных, российских и региональных конференций. Получен патент РФ на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов, списка литературы. Работа изложена на 152 страницах машинописного текста, содержит 20 таблиц, 48 рисунков и 105 формул. Библиография включает 182 наименования.
Компаниями и отдельными исследователями ведутся разработки альтернативных технологий: низкотемпературного электролиза, карботермического способа, электролиза с использованием инертных анодов. Отдельное место среди альтернативных способов занимает электролиз суспензий. Главная идея этого способа заключается в том, чтобы между инертным анодом и смачиваемым алюминием катодом создать такую среду (неньютоновскую жидкость), которая эффективно разделяла бы приэлектродные пространства, являясь одновременно источником ионов А13+ и О2- для обеспечения электродных процессов. Из предыдущих исследований следует, что попытки создать новую технологию электролиза являются обнадеживающими.
Подходящим материалом для создания разделяющей и питательной среды может быть смесь из глинозема и насыщенного по глинозему расплава солей. Свойства этих суспензий практически не изучены. Комплекс вопросов, связанных со свойствами криолитоглиноземных суспензий и их поведением в процессе электролиза, и явился предметом работы по теме «электролиз суспензий глинозема в калиевом криолите».
Представляемая к защите работа рассматривает алюминиевый электролизер как диссипативную систему и представляется актуальной, так как направлена на решение важной для алюминиевой промышленности задачи - перехода на экологически усовершенствованные и ресурсосберегающие технологии.
Степень разработанности темы исследования. Идею использования дисперсных систем в качестве электролитов при производстве алюминия впервые предложил в 1980-х годах Т. Бек. Электролизер Бека состоит из корпуса, монополярных малорасходуемых электродов, расположенных вертикально, а также горизонтального анода, расположенного на дне корпуса и выполняющего роль газового генератора, поддерживающего частицы глинозема во взвешенном состоянии. В его работах выход по току составлял от 0,2 до 0,6. Необходимость использования газового генератора была обусловлена тем, что объемная доля ф твердой нерастворенной фазы (глинозема) в электролите составляла 0,072. Концепция не получила промышленного применения.
Позже, в 2006 году, другая идея использования дисперсных систем была предложена П. Поляковым и в 2006-2011 годах разрабатывалась Д. Симаковым и К. Бакиным. Сформулированы основные положения концепции:
- использование вертикальных малорасходуемых электродов;
- применение дисперсной системы с ф<25 в качестве электролита;
- катодная плотность тока 1С в пределах от 0,1 до 0,2 А/см2;
- межэлектродное расстояние не более 2 см;
- использование в качестве дисперсионной среды расплава ИаР-А1Р3.
Настоящая работа направлена на расширение представлений об электролизе концентрированных суспензий, на поиск приемлемых условий проведения электролиза, на получение сведений о неньютоновских высокотемпературных дисперсных системах и на оценку экономической целесообразности разработки технологии.
Цели работы: определение свойств суспензий, поведения электродов, разработка конструкции опытного электролизера, расчет энергетического баланса и экономического эффекта эксплуатации. Полученные сведения помогут подтвердить или опровергнуть экономическую целесообразность разработки промышленной технологии и уточнить ее основные принципы.
Задачи исследования:
1. Анализ текущего состояния проблемы, определение спектра нерешенных задач.
2. Исследование реологических свойств криолитоглиноземных
суспензий, определение скорости седиментации.
3. Исследование анодного процесса (газовыделения) на кислород- выделяющем электроде.
4. Исследование катодного процесса на вольфрамовой подложке и зависимости перенапряжения от плотности тока.
5. Проведение гальваностатического лабораторного электролиза с использованием электродов из алюминиевой бронзы (90Си-10А1) в суспензии на основе калиевого криолита с криолитовым отношением КО=1,3 при 700±10°С и ф=0,25.
6. Создание математической модели электролизера с целью предварительного расчета энергетического баланса.
7. Первоначальная оценка технико-экономических показателей и экономического эффекта от разработки промышленной технологии получения алюминия электролизом суспензии.
Научная новизна:
1. Установлены зависимости скорости самопроизвольного осаждения дисперсной фазы концентрированной суспензии, содержащей калиевый ионный расплав в качестве дисперсионной среды, от ф и гранулометрического состава.
2. Получены данные, касающиеся характера трехфазных потоков (зависимости скорости роста, всплывания пузырей, толщины трехфазного слоя от удельной скорости газовыделения, вертикальной координаты), образующихся вблизи вертикальных анодов в результате электрохимического выделения кислорода.
3. Получена информация о кинетике нестационарного катодного процесса в суспензиях в зависимости от скорости развертки потенциала, температуры и содержания А12О3. Оценены коэффициенты диффузии электроактивных частиц к катоду в зависимости от температуры и содержания А12О3 в суспензии КР-А1Р3-А12О3.
4. Исследовано влияние температуры, соотношения [КР]/[А1Р3], содержания А12О3 на перенапряжение и предельную плотность тока катодного выделения алюминия из суспензий КР-А1Р3-А12О3 в стационарных условиях.
Теоретическая значимость работы:
1. Определена скорость осаждения концентрированной суспензии, исследована зависимость скорости осаждения от объемной доли и размера частиц.
2. Определена скорость всплывания и роста пузырей в концентрированной суспензии.
3. Определены коэффициенты диффузии комплексных ионов к катоду при электролизе.
Практическая значимость работы
В работе определены основные направления для создания промышленной технологии получения алюминия электролизом концентрированных (при объемной доли частиц ф>0,1) криолитоглиноземных (на основе калиевого криолита) суспензий с использованием малорасходуемых биполярных вертикальных электродов и с системой организованного удаления продуктов электролиза. В частности, предложены следующие технические и технологические решения:
1. Установка вертикальных биполярных электродов на расстоянии 5 - 10 мм друг от друга при условии удаления более 90 об.% анодного газа и полного удаления катодного металла через тела электродов. Вертикальная ориентация позволит увеличить удельную производительность электролизера (по сравнению с существующими типами ванн) в 10 раз. Использование малорасходуемых анодов сделает влияние электролиза на окружающую среду более благоприятным вследствие выделения кислорода вместо оксидов углерода, перфторуглеродов и полициклических ароматических углеводородов (ПАУ).
2. Использование суспензии с ф> 0,3 при применении стандартного металлургического глинозема с целью снижения скорости седиментации либо ее исключения.
3. Проведение процесса при 700 - 720°С, что позволит снизить скорость коррозии анода и предотвратить превращение у-глинозема в труднорастворимую а-фазу.
4. Проведение процесса при 1С около 0,2 А/см2.
Снижение себестоимости алюминия после разработки и внедрения новой технологии может составить от 100 до 250 $/т А1.
Методология и методы диссертационного исследования
Методологической основой исследования являются работы ведущих отечественных и зарубежных ученых, посвященные электролизу криолитоглиноземных расплавов, седиментации, газогидродинамике у электрода, выделяющего газ, массопереносу и электрохимии. Использованы современные методы исследований, в т.ч. киносъемка, хронопотенциометрия, вольтамперометрия, рентгенофазовый анализ, оптическая микроскопия, лабораторные электролизные испытания. Энергетический баланс рассчитывался решением уравнений сохранения методом конечных элементов с помощью программного продукта ANSYS. Электрохимические исследования проводились при помощи потенциостата AUTOLAB PGSTAT 302n с программным обеспечением NOVA.
Положения и результаты, выносимые на защиту:
1. Реологические свойства концентрированных криолитоглиноземных суспензий и характер двухфазных потоков вблизи электрода, выделяющего газ, в зависимости от объемной доли дисперсной фазы, размеров частиц и удельной скорости газовыделения.
2. Выбор параметров для разработки промышленной технологии получения алюминия электролизом с вертикальными анодами при межэлектродном расстоянии от 5 мм и в условиях подавленной седиментации и конвекции.
3. Параметры катодного процесса в суспензиях KF-AlF3-Al2O3в исследуемом диапазоне температур (715-800 °С) в условиях диффузионных ограничений по доставке электроактивных частиц к катоду.
4. Зависимость катодного перенапряжения от плотности тока, объемной доли твердой фазы, температуры и криолитового отношения.
5. Разработка концепции промышленной технологии и аппарата с малорасходуемым анодом, с технологическими параметрами, сравнимыми с передовыми промышленными технологиями получения алюминия.
Степень достоверности и апробация результатов
Достоверность результатов подтверждается всесторонним анализом объекта исследования, использованием современных методов исследований и обработки данных, а также соответствием полученных экспериментальных результатов теории и практике получения металлов электролизом расплавов.
Апробация работы
Основные результаты диссертации доложены на международных и всероссийских конференциях: международный симпозиум TMS-2016, Нэшвил, США, февраль 2016 г.; VII Международный конгресс «Цветные металлы и минералы», Красноярск, сентябрь 2015; VIII Международный конгресс «Цветные металлы и минералы», Красноярск, сентябрь 2016; Конференция «Молодежь и наука», Красноярск, апрель 2015; Конференция «Проспект Свободный-2016», Красноярск, апрель 2016.
Личный вклад соискателя: формирование цели и направления исследований; планирование и решение задач по исследованию процессов седиментации концентрированной суспензии и газовыделения на поверхности электрода; проведение лабораторного электролиза и разработка математической модели; непосредственное осуществлении экспериментальной части работы; обобщение полученных данных и подготовка рукописей научных статей, докладов и выступлений на российских и международных конгрессах и выставках.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 6 статей опубликованы в рецензируемых научных журналах, определенных ВАК, из них 3 - в журналах, индексируемых Scopus, 1 - в журнале, индексируемом Web of Science; а также в трудах и материалах международных, российских и региональных конференций. Получен патент РФ на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов, списка литературы. Работа изложена на 152 страницах машинописного текста, содержит 20 таблиц, 48 рисунков и 105 формул. Библиография включает 182 наименования.
✅ Заключение
Существенно расширены представления об электролизе концентрированных криолитоглиноземных суспензий. Из анализа современного состояния технологии производства алюминия следует, что для ее развития требуется комплексное переосмысление конструкции ванны и самого процесса, актуальна проблема создания инертного анода.
Достигнуты следующие результаты:
- исследованы некоторые свойства криолитоглиноземных суспензий, связанные с самопроизвольным осаждением дисперсной фазы (ДФ). С увеличением доли ДФ ф скорость осаждения снижается и становится равной или близкой к нулю при ф~0,32. Снижение среднего размера частиц д ведет к снижению скорости седиментации. Определены величины потоков ДФ как функции координат и времени. Снижение скорости седиментации суспензии достигается за счет увеличения ф или уменьшения д;
- исследована динамика движения анодного газа. Получено критериальное уравнение, позволяющее моделировать процесс электролитического выделения пузырей в криолитоглиноземной суспензии. Описана макроскопическая картина выделения и движения анодного газа в концентрированной суспензии. Определено влияние удельной скорости газовыделения на характер поведения пузырей. Идентифицирован снарядный режим течения со скоростью движения снарядных пузырей 0,002 - 0,025 м-с-1 в зависимости от плотности тока и глубины. Толщина пузырькового слоя не превышает 2,2-10-3 м, что делает возможным установить межэлектродное расстояние менее 10-2 м;
- показано, что электролиз следует проводить в условиях непрерывной эвакуации, как металла, так и газа;
- исследована кинетика нестационарного катодного процесса на вольфраме в суспензиях КГ-А1Г3-А12О3 в зависимости от скорости развертки потенциала, температуры и содержания А12О3. Катодный процесс на вольфраме в суспензиях КГ-А1Г3-А12О3 в диапазоне температур (715-800°С) протекает преимущественно в условиях диффузионных ограничений по доставке комплексных ионов А1ГХХ-3 к катоду, при этом увеличение содержания твердой фазы А12О3 в расплаве усиливает эти затруднения;
- исследовано влияние температуры, криолитового отношения (КО), содержания А12О3 на перенапряжение и предельную плотность тока катодного
выделения алюминия из суспензий KF-AlF3-Al2O3в стационарных условиях. При переходе от расплава 1<1;-А11;3-А12О3(нас:1 к суспензиям KF-AlF3-Al2O3с Ф=0,22 и ф=0,35 катодное перенапряжение растет, а предельная плотность тока выделения алюминия снижается при всех исследованных температурах и КО. Это указывает на усиление диффузионных затруднений по доставке электроактивного компонента к катоду. При этом определяющим фактором является вязкость расплавов и суспензий KF-AlF3-Al2O3. Показана принципиальная возможность получения алюминия электролизом этой суспензии при относительно высокой катодной плотности тока 0,2 А/см2;
- разработана концепция промышленного электролизера, рассчитан энергетический баланс. Получен патент на изобретение. На математической модели электролизера на 1 кА методом конечных элементов рассчитаны поля потенциалов, токов и температур. Определены некоторые характеристики электролизера, в т.ч. производительность (6,334 кг-ч-1) и удельный расход электроэнергии (12,86 кВт-ч-кг-1);
- технико-экономический анализ предлагаемой технологии получения
алюминия показал, что создание нового электролизера с «инертными» анодами и низкотемпературным электролитом, экономически целесообразно.
Рассчитанное снижение себестоимости алюминия составит от 100 до 250 $/т или 7,4 - 18,5%. Удельная производительность электролизера увеличится с 1,6 до 16 кг-м-3-ч-1.
Дальнейшая работа будет направлена на исследование динамики принудительной эвакуации газа и металла через пористые электроды, уточнение кинетики анодных процессов, дальнейшее выяснение реологических свойств концентрированных суспензий, разработку лабораторного электролизера и биполярных электродов, испытание конструкционных и функциональных материалов.
Достигнуты следующие результаты:
- исследованы некоторые свойства криолитоглиноземных суспензий, связанные с самопроизвольным осаждением дисперсной фазы (ДФ). С увеличением доли ДФ ф скорость осаждения снижается и становится равной или близкой к нулю при ф~0,32. Снижение среднего размера частиц д ведет к снижению скорости седиментации. Определены величины потоков ДФ как функции координат и времени. Снижение скорости седиментации суспензии достигается за счет увеличения ф или уменьшения д;
- исследована динамика движения анодного газа. Получено критериальное уравнение, позволяющее моделировать процесс электролитического выделения пузырей в криолитоглиноземной суспензии. Описана макроскопическая картина выделения и движения анодного газа в концентрированной суспензии. Определено влияние удельной скорости газовыделения на характер поведения пузырей. Идентифицирован снарядный режим течения со скоростью движения снарядных пузырей 0,002 - 0,025 м-с-1 в зависимости от плотности тока и глубины. Толщина пузырькового слоя не превышает 2,2-10-3 м, что делает возможным установить межэлектродное расстояние менее 10-2 м;
- показано, что электролиз следует проводить в условиях непрерывной эвакуации, как металла, так и газа;
- исследована кинетика нестационарного катодного процесса на вольфраме в суспензиях КГ-А1Г3-А12О3 в зависимости от скорости развертки потенциала, температуры и содержания А12О3. Катодный процесс на вольфраме в суспензиях КГ-А1Г3-А12О3 в диапазоне температур (715-800°С) протекает преимущественно в условиях диффузионных ограничений по доставке комплексных ионов А1ГХХ-3 к катоду, при этом увеличение содержания твердой фазы А12О3 в расплаве усиливает эти затруднения;
- исследовано влияние температуры, криолитового отношения (КО), содержания А12О3 на перенапряжение и предельную плотность тока катодного
выделения алюминия из суспензий KF-AlF3-Al2O3в стационарных условиях. При переходе от расплава 1<1;-А11;3-А12О3(нас:1 к суспензиям KF-AlF3-Al2O3с Ф=0,22 и ф=0,35 катодное перенапряжение растет, а предельная плотность тока выделения алюминия снижается при всех исследованных температурах и КО. Это указывает на усиление диффузионных затруднений по доставке электроактивного компонента к катоду. При этом определяющим фактором является вязкость расплавов и суспензий KF-AlF3-Al2O3. Показана принципиальная возможность получения алюминия электролизом этой суспензии при относительно высокой катодной плотности тока 0,2 А/см2;
- разработана концепция промышленного электролизера, рассчитан энергетический баланс. Получен патент на изобретение. На математической модели электролизера на 1 кА методом конечных элементов рассчитаны поля потенциалов, токов и температур. Определены некоторые характеристики электролизера, в т.ч. производительность (6,334 кг-ч-1) и удельный расход электроэнергии (12,86 кВт-ч-кг-1);
- технико-экономический анализ предлагаемой технологии получения
алюминия показал, что создание нового электролизера с «инертными» анодами и низкотемпературным электролитом, экономически целесообразно.
Рассчитанное снижение себестоимости алюминия составит от 100 до 250 $/т или 7,4 - 18,5%. Удельная производительность электролизера увеличится с 1,6 до 16 кг-м-3-ч-1.
Дальнейшая работа будет направлена на исследование динамики принудительной эвакуации газа и металла через пористые электроды, уточнение кинетики анодных процессов, дальнейшее выяснение реологических свойств концентрированных суспензий, разработку лабораторного электролизера и биполярных электродов, испытание конструкционных и функциональных материалов.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.