Повышение срока службы катодных блоков алюминиевых электролизеров при использовании низкотемпературного диборида титана

Цель - изучение возможности повышения электропроводимости катодных блоков, входящих в состав подины электролизеров производства алюминия, и процесса синтеза диборида титана низкотемпературным методом для его последующего использования в катодах. Для изучения фазовых переходов исходного и модифицированного TiO₂, полученных в различных атмосферах (аргон, вакуум, воздух), использовали термогравиметрический метод анализа; для изучения состава изучаемых проб - рентгенофазовый метод. Модифицирование катодного блока осуществлялось через стадию подготовки навески углеграфитовой массы с добавкой низкотемпературного TiO₂ до 15 масс. %. Измерение электропроводимости экспериментальных образцов катодных блоков проводилось на установке со статичным их закреплением с мультиметром Elitech ММ 300. Проведенные термодинамические расчеты реакций взаимодействия основных титан-, борсодержащих компонентов показали теоретическую возможность получения TiO₂. Установлено, при температуре 1050°С и продолжительности синтеза 4 ч достигается выход порошка TiO₂ 97%. Получены лабораторные образцы катодных блоков, модифицированных низкотемпературным TiO₂, при прокалке при температуре 1000-1500°С в течение 4 ч и последующей графитации (при 2200°С продолжительностью 24 ч). При сравнении электропроводимости модифицированных и традиционных катодных блоков установлено, что образцы с содержанием 12,5 масс. % TiO₂ имеют на 35% меньше значение электропроводимости - 32 мкОм·м. На основе проведенных лабораторных исследований установлено, что максимальное извлечение в условиях низкотемпературного синтеза диборида титана - 97,5% - достигается при температуре 1050°С и продолжительности 180 мин в вакууме (0,101 МПа). На основе термодинамических расчетов и проведенных экспериментов предложена принципиальная технологическая схема низкотемпературного синтеза диборида титана. Оптимальное содержание TiO₂ в катодном блоке для увеличения его электропроводимости варьируется от 7,5 до 12,5 масс. %. Внедрение низкотемпературного TiO₂ в катодные блоки позволяет снизить энергопотребление электролизеров до 986 кВт∙ч/т, что составляет 7,5% экономии.

производство первичного алюминия, электролизер, катодный блок, синтез диборида титана, термодинамика, удельное электросопротивление