Возникновение конусов на аноде алюминиевого электролизера

Abstract

В работе приведены результаты моделирования распределения тока на активной поверхности угольного анода алюминиевого электролизера. Анод, как и сам электролизер, является диссипативной структурой и, следовательно, очень чувствителен к граничным условиям. Локальные неравномерности его состава и нарушения условий взаимодействия с электролитом приводят к технологическим «расстройствам», например к искажению рельефа поверхности. Такие нарушения условно делят на три типа: «типичный конус» — цилиндрические или конические формы, образующиеся на подошве анодов; «отставание» — выступы на подошве анода прямоугольного сечения или неровность, занимающая до 50–60 % площади анода; «перекал» — нарушение на подошве анода (шар, гриб и т. п.), возникающее у любой грани анодного блока. Одна из основных опасностей образования конусов — значительное снижение выхода по току. На основе модельных представлений, считая задачу одномерной, проанализировано влияние распределения концентрации глинозема и наличия угольной пены под подошвой анодного блока на анодную плотность тока и на «срабатывание» анода. Модель позволяет предсказать локальную скорость срабатывания анода и темпы роста конуса. В основу модели положены выражения, приведенные в литературных источниках, связывающие между собой анодное перенапряжение (равное сумме активационной и концентрационной составляющих), анодную плотность тока, концентрацию глинозема в объеме расплава и падение напряжения в электролите в межполюсном зазоре при различных технологических параметрах и физико-химических свойствах электролита. Рассчитанное по модели время до появления конуса, замыкающего анод с катодом, составляет ~2 сут, что подтверждает ее адекватность. Для подавления образования и роста конусов рекомендовано: повысить скорость транспорта глинозема, изменив условия его поступления в межполюсный зазор; уменьшить содержание угольной пены (для этого нужно выравнять реакционную способность кокса-связующего и кокса-наполнителя, подобрав оптимальную температуру обжига).