Влияние состава анодной массы самообжигающегося анода на показатели электролитического получения алюминия

Цель – провести анализ влияния вида кокса (нефтяного, пекового) в составе анодной массы самообжигающегося анода на показатели электролиза. Для достижения цели был произведен сбор производственных данных с работающих электролизеров типа С-8Б(М) с анодами Содерберга в период с июня по октябрь 2024 г. Данные собирались со 172 электролизеров, установленных в серии № 1, и со 186 – в серии № 2.  Показано, что выход угольной пены преобладает на электролизерах с анодами, в состав анодной массы которых входит нефтяной кокс, и составил на 1 электролизер 15,9 кг (против 8,4 кг на ваннах с анодами на основе массы из пекового кокса). Удельный расход электроэнергии за исследуемый период на серию ванн, работающих с анодной массой на основе нефтекокса, составил 15393 кВт·ч/т Al (против 15341 кВт·ч/т Al). По казано, что расход анодной массы на основе нефтяного кокса на 1 электролизер выше на 1,82 т, чем на ваннах, работающих на пековом коксе (при скорости сгорания анода 1,5 см/сут и 1,47 см/сут соответственно). В период исследований зафиксировано 285 технологических нарушений при перестановке анодных штырей (протеки пека, гажения) на анодах, в состав масс которых входил нефтекокс (при 121 нарушении на другом виде кокса). Таким образом, сравнительный анализ данных при обслуживании электролизеров с анодами Содерберга показал, что наименьшими выходом угольной пены, удельными расходами электроэнергии и анодной массы и скоростью сгорания анода характеризуются аноды, сформированные из массы на основе пекового кокса. Что свидетельствует о том, что для повышения эффективности алюминиевого производства необходимо использовать пековый кокс при производстве анодной массы самообжигающегося анода электролизера.

1. Dudin M.N., Voykova N.A., Frolova E.E., Artemieva J.A., Rusakova E.P., Abashidze A.H. Modern trends and challenges of development of global aluminum industry // Metalurgija. 2017. Vol. 56. No. 1-2. P. 255–258. EDN: XDPBLL.

2. Горланов Е.С., Бричкин В.Н., Поляков А.А. Электролитическое производство алюминия. Обзор. Часть 1. Традиционные направления развития // Цветные металлы. 2020. № 2. С. 36–41. https://doi.org/10.17580/tsm.2020.02.04. EDN: UTKUVO.

3. Корнеев С.И. Алюминиевая промышленность Китая и перспективы мировой алюминиевой индустрии // Цветные металлы. 2021. № 4. С. 5–11. https://doi.org/10.17580/tsm.2021.04.01. EDN: NLIPVD.

4. Сизяков В.М., Поляков П.В., Бажин В.Ю. Современные тенденции и стратегические задачи в области производства алюминия и его сплавов в России // Цветные металлы. 2022. № 7. С. 16–23. EDN: QRECGA.

5. Zhaowen Wang, Bingliang Gao, Zhongning Shi, Xianwei Hu, Fengguo Liu, Wenju Tao, Youjian Yang Проблемы и технические решения в развитии китайской промышленности первичного алюминия // Цветные металлы и минералы – 2024: сб. тез. докл. XII Междунар. конгр. (г. Красноярск, 9–13 сентября 2024 г.). Красноярск: Научно-инновационный центр, 2024. P. 2–11. EDN: CDPJHW.

6. Agnihotri A. Пути развития индийской алюминиевой промышленности // Цветные металлы и минералы – 2024: сб. тез. докл. XII Междунар. конгр. (г. Красноярск, 9–13 сентября 2024 г.). Красноярск: Научно-инновационный центр, 2024. P. 12–2418. EDN: BJDQYW.

7. Горланов Е.С., Кавалла Р., Поляков А.А. Электролитическое производство алюминия. Обзор. Часть 2. Пер спективные направления развития // Цветные металлы. 2020. № 10. С. 42–49. https://doi.org/10.17580/tsm.2020.10.06. EDN: JBGFQY.

8. Виноградов А.М., Пинаев А.А., Виноградов Д.А., Пузин А.В., Шадрин В.Г., Зорько Н.В. [и др.]. Повышение эф фективности укрытия электролизеров Содерберга // Известия вузов. Цветная металлургия. 2017. № 1. C. 19–30. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2017-1-19-30. EDN: XWTXTX.

9. Пузанов И.И., Волохов И.Н., Быков Р.Ю., Муравьев С.А. Пуск РА-400 на Тайшетском алюминиевом заводе // Цветные металлы и минералы – 2024: сб. тез. докл. XII Междунар. конгр. (г. Красноярск, 9–13 сентября 2024 г.). Красноярск: Научно-инновационный центр, 2024. P. 213–218. EDN: ZZCDFB.

10. Горланов Е.С., Сизяков В.М., Шариков Ф.Ю., Спекторук А.А., Бутакова Т.В. Проблемы и решения защиты углеграфитовых электродов // iPolytech Journal. 2024. Т. 28. № 3. С. 513–537. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2024-3-513-537. EDN: AEDFQP.

11. Shoppert A., Valeev D., Loginova I. Novel method of bauxite treatment using electroreductive Bayer process // Metals. 2023. Vol. 13. Iss. 9. Р. 1502. https://doi.org/10.3390/met13091502.

12. Пинаев А.А., Радионов Е.Ю., Орлов И.А., Немчинова Н.В. Изучение особенностей магнитогидродинамики электролизёров С-8БМ (С-8Б) при модернизации алюминиевых заводов // iPolytech Journal. 2024. Т. 28. № 1. С. 162–177. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2024-1-162-177. EDN: XHFGYC.

13. Mann V., Buzunov V., Pingin V., Zherdev A., Grigoriev V. Environmental aspects of UC RUSAL’s aluminum smelters sustainable development // Light Metals. The Minerals, Metals and Materials Series / eds. C. Chesonis. Cham: Springer, 2019. P. 553–563. https://doi.org/10.1007/978-3-030-05864-7_70. EDN: SIHUYY.

14. Фризоргер В.К., Гильдебрандт Э.М., Вершинина Е.П. Мониторинг показателей работы алюминиеивых электролизеров с анодом Содерберга // Известия вузов. Цветная металлургия. 2013. № 4. С. 11–14. EDN: QZRKFB.

15. Бурдонов А.Е., Зелинская Е.В., Гавриленко Л.В., Гавриленко А.А. Изучение вещественного состава глино-земсодержащего материала алюминиевых электролизеров для использования в технологии первичного алюминия // Цветные металлы. 2018. № 3. С. 32–38. https://doi.org/10.17580/tsm.2018.03.05. EDN: YUCHKI.

16. Grjotheim K. Introduction to aluminium electrolysis: understanding the Hall-Héroult process. Introduction to aluminium electrolysis. Düsseldorf: Aluminium-Verlag, 1993. 260 с.

17. Thonstad J. Aluminium electrolysis: fundamentals of the Hall Héroult process. Aluminium electrolysis. Düsseldorf: Aluminium-Verlag, 2001. 359 с.

18. Ветюков М.М., Цыплаков А.М., Школьников С.Н. Металлургия алюминия и магния. М.: Металлургия, 1987. 320 с. 19. Чалых В.И., Немчинова Н.В., Аюшин Б.И., Богданов Ю.В. Технико-экономическое сравнение электролизе- ров с обожженными анодами и самообжигающимися анодами и верхним токоподводом // Известия вузов. Цветная металлургия. 2005. № 2. С. 21–26. EDN: JVUCFH.

19. Янко Э.А. Аноды алюминиевых электролизеров. М.: Руда и металлы, 2001. 671 с.

20. Гильдебрандт Э.М., Вершинина Е.П., Фризоргер В.К. Качество анодной массы в технологии электролиза алюминия с анодом Содерберга // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. 2014. № 1. С. 17–20. EDN: RYLGUB.

21. Сидоров О.Ф., Селезнёв А.Н. Перспективы производства и совершенствования потребительских свойств каменноугольных электродных пеков // Российский химический журнал. 2006. Т. 50. № 1. С. 16–24. EDN: GZQCPJ.

22. Ткач Е.А., Немчинова Н.В. Влияние коксопековой композиции на качество анодов Содерберга в алюминиевом производстве // Перспективы развития, совершенствования и автоматизации высокотехнологичных производств: материалы XV Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием (г. Иркутск, 23–24 апреля 2025 г.). Иркутск: ИРНИТУ, 2025. С. 117–122. EDN: OSNOOR.

23. Аншиц А.Г., Куртеева Л.И., Цыганова С.И., Суздорф А.Р., Аншиц Н.Н., Морозов С.В. Сравнительная оценка эмиссии канцерогенных веществ при использовании средне- и высокотемпературных пеков в производстве алюминия в электролизерах Содерберга // Химия в интересах устойчивого развития. 2001. № 9. С. 345–352.

24. Таскина А.В., Немчинова Н.В. Аттестация стандартных образцов предприятия углеродных материалов, используемых для получения первичного алюминия // Молодежный вестник Иркутского государственного технического университета. 2019. № 4. С. 82–88. EDN: MMVTKS.

25. Немчинова Н.В., Таскина А.В. Разработка методики определения примесей в углеродных материалах, ис- пользуемых в производстве первичного алюминия // Интеграция науки, образования и производства – основа реализации Плана нации (Сагиновские чтения № 12): тр. Междунар. науч.-практ. online-конф. (г. Караганда, 18–19 июня 2020 г.). Караганда: КарГТУ им. Абылкаса Сагинова, 2020. Ч. 2. С. 156–158.

26. Foosnæs T., Naterstad T., Bruheim M., Grjotheim K. Anode dusting in Hall-Heroult cells // Essential Readings in Light Metals: Electrode Technology for Aluminum Production / eds. A. Tomsett, J. Johnson. 2016. Vol. 4. P. 633 642. https://doi.org/10.1002/9781118647745.ch83.

27. Белоусова Н.В., Шарыпов Н.А., Шахрай С.Г., Безруких А.И. Угольная пена в алюминиевом электролизере: проблемы и некоторые пути их решения // Цветные металлы. 2017. № 8. С. 43–49. https://doi.org/10.17580/tsm.2017.08.06. EDN: ZIBLAJ.

28. Bugnion L., Fischer J.-C. Еffect of carbon dust on the electrical resistivity of cryolite bath // Light Metals / eds. E. Wiliams. Cham: Springer, 2016. Vol. 92. No. 1-2. P. 587–591. https://doi.org/10.1007/978-3-319-482514_99.

29. Sadler B., Welch B. Reducing carbon dust? — Needs and possible directions // 9th Australasian Aluminium Smelting Technology Conference and Workshops. Terrigal, 2007. P. 1–14.

30. Perruchoud R.C., Hulse K.L., Fischer W.K., Schmidt-Hatting W. Dust generation and accumulation for changing anode quality and cell parameters // Light Metals / eds. A. Tomsett, J. Johnson. 1999. P. 649–656. https://doi.org/10.1002/9781118647745.ch85.

31. Gudmundsson H. Anode dusting from a potroom perspective at Nordural and correlation with anode properties // Essential Readings in Light Metals / eds. A. Tomsett, J. Johnson. Cham: Springer, 2011. P. 657–662. https://doi.org/10.1007/978-3-319-48200-2_86.