РАСХОД АНОДНОЙ МАССЫ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ АЛЮМИНИЯ

В России большая часть алюминиевых заводов оснащена электролизерами с самообжигающимися анодами, для которых актуальна задача снижения расхода анодной массы, так как доля анодных материалов в себестоимости алюминия составляет от 8 до 20 %. Для решения этой задачи необходимо определить потребность в анодной массе. Методика расчета ее удельного расхода, используемая на предприятиях алюминиевой промышленности, имеет большую погрешность. В работе рассмотрены основные ошибки этой методики, показаны этапы вычисления расхода анодной массы, проведена оценка адекватности вычислений и даны рекомендации по ее совершенствованию. Показано, что в целом рассмотренная методика адекватно отражает процессы расхода углерода, однако конечный результат вычислений может существенно отличаться от реального. Величины, принятые постоянными для упрощения расчета, в действительности могут варьироваться в процессе электролиза, что приводит к значительному изменению конечного результата вычислений. Например, увеличение доли CO2 c 0,45 до 0,5 приводит к уменьшению расхода анодной массы на 15,3 кг/тAl. При этом известно, что при наступлении анодного эффекта состав анодных газов резко меняется: доля CO2 сокращается, а доля CO возрастает. В летний период при высокой температуре окружающей среды увеличивается как доля испарившегося пека, так и доля анодов с повышенной температурой поверхности. Изменение последней до 0,25 приводит к повышению расхода на 6,6 кг/тAl. То же самое относится к потерям при окислении на воздухе. Количество разгерметизированных электролизеров может увеличиться, а следовательно, возрастет расход углерода. Необходимо обратить внимание на факторы, влияющие на качество анода. Неправильно подобранный гранулометрический состав или износившееся оборудование могут значительно ухудшить качество анода и привести к повышению расхода углерода. Для корректного учета особенностей образования монооксида углерода необходимо внести корректировки в расчет. 

1. Янко Э.А. Производство алюминия. Пособие для мастеров и рабочих цехов электролиза алюминиевых заводов. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2007.

2. Янко Э.А. Аноды алюминиевых электролизеров. М.: Руда и металлы, 2001.

3. Barber M., Aalton T.T. The evolution of søderberg aluminum cell technology in north and south america. JOM. 2014. Vol. 66. No. 2. P. 223—234.

4. Колодин Э.А., Свердлин В.А., Свобода Р.В. Производство обожженных анодов алюминиевых электролизеров. М.: Металлургия, 1980.

5. Gautam M., Pandey B., Agrawal M. Carbon footprint of aluminum production: Emissions and mitigation. Environmental Carbon Footprints Industrial Case Studies. 2018. P. 197—228.

6. Saevarsdottir G., Kvande H., Welch J.B. Aluminum production in the times of climate change: The global challenge to reduce the carbon footprint and prevent carbon leakage. JOM. 2020. Vol. 72. P. 296—308.

7. Галевский Г.В., Кулагин Н.М., Минцис М.Я., Сиразутдинов Г.А. Металлургия алюминия. Технология, электроснабжение, автоматизация [Электронный ресурс]: Уч. пос. для вузов. 4-е изд. М. : Флинта, 2017.

8. Shimanskii A., Yasinskiy A., Yakimov I., Losev V., Buyko O., Malyshkin A., Kazantsev Ya. Aluminum smelting carbon dust as a potential raw material for gallium and germanium extraction. JOM. 2021. Vol. 73. P. 1103—1109.

9. Азизов Б.С., Мирпочаев Х.А., Бахретдинов Р.М. О механизме протекания электродных процессов на угольном аноде при электролитическом производстве алюминия. Докл. АН Респ. Таджикистан. 2012. Т. 55. No. 2. С. 156—162.

10. Зельберг Б.И., Рагозин Л.В., Баранцев А.Г., Ясевич О.И., Григорьев В.Г., Баранов А.Н., Кондратьев В.В. Справочник металлурга. Производство алюминия и сплавов на его основе. Иркутск: ИРНИТУ, 2015.

11. Ветюков М.М., Цыплаков А.М., Школьников С.Н. Электрометаллургия алюминия и магния. М.: Металлургия, 1987.

12. Азизов Б.С., Муродиён А., Мирпочаев Х.А., Кабиров Ш.О., Сафиев Х. Влияние плотности тока и температуры электролита на состав анодных газов и удельный расход углерода при производстве алюминия. Докл. АН Респ. Таджикистан. 2015. Т. 58. No. 12. С. 1134— 1139.

13. Галевский Г. В., Кулагин Н.М., Минцис М.Я. Экология и утилизация отходов в производстве алюминия: Учеб. пос. для вузов. М.: Флинта, Наука, 2005.

14. Гильдебрандт Э.М., Вершинина Е.П., Фризоргер В.К. Защита поверхности анода алюминиевого электролизера от окисления. Журн. СФУ. Техника и технологии. 2010. No. 3. С. 272—282.

15. Sommerseth C., Thome R.J., Rorvik S., Sandnes E., Ratvik A.P., Lossius L.P., Linga H., Svensson A.M. Spatial methods for characterising carbon anodes for aluminium production. Light Metals. 2015. P. 1141—1146.

16. Piskazhova T.V., Polyakov P.V., Sharypov N.A., Krasovitsky A.V., Sorokin S.A., Piskazhova T.V. Multivariate statistical investigation of carbon consumption for hss reduction cell. Light Metals. 2012. P. 643—647.

17. Belousova O.V., Kostina K.V. The analysis of the influence of manufacturing practice of anode paste on its consumption. Trans. Metall. 2020. Vol. 64. No. 7. P. 21—26.

18. Feshchenko R.Yu., Feschenko E.A., Eremin R.N., Erokhina O.O., Dydin V.M. Analysis of the anode paste charge composition. Metallurgist. 2020. Vol. 64. No. 7-8. P. 615—622.

19. Furquim B.D., Pomarico W., Ferraço F., Fernandes R.S., Maestrelli S.C. Aggregate particle size distribution optimization for Soderberg anode paste production applied to aluminum industry. Mater. Sci. Forum. 2014. Vol. 802. P. 291—296.

20. Perez S.P., Perez S.P., Doval-Gandoy J., Ferro A., Silvestre F. Quality improvement for anode paste used in electrolytic production of aluminium. Fourtieth IAS Annual Meeting: Conference Record of the 2005 Industry Applications. 2005. P. 523—528.

21. Shakhrai S.G., Sharypov N.A., Belyanin A.V. Increasing the efficiency of the impregnation of coke with pitch in the production of anode paste for aluminum cells. Metallurgist. 2015. Vol. 58. No. 11-12. P. 1046—1048.

22. Einar Saue N., Ystgaard J.O., Johannessen J.-I., Meier M.W., Perruchoud R.C. Improvement of anode paste quality and performance of alcoa lista. Light Metals. 2012. P. 1159— 1163.

23. Kolodin É.A., Sverdlin V.A. Use of petroleum pitches in production of anode paste and baked anodes. Chemistry and Technology of Fuels and Oils. 1982. Vol. 18. P. 392—394.