«Сибирский федеральный университет», Институт цветных металлов, Красноярск, Россия

С. А. Храменко, доцент кафедры «Металлургия цветных металлов», канд. техн. наук, эл. почта: Sergey.khramenko@mail.ru

Сибирский федеральный университет», Институт горного дела, геологии и геотехнологий, Красноярск, Россия
А. Н. Анушенков, заведующий кафедрой «Подземная разработка месторождений», докт. техн. наук, эл. почта: Aanushenkov@sfukras.ru

ООО «РУСАЛ-ИТЦ», Красноярск, Россия

С. А. Зыков, менеджер

В технологии Содерберга с верхним токопроводом формирование анода происходит в результате самоуплотнения анодной массы в зоне пластичной коксопековой композиции, при этом в результате возгонки летучих компонентов пека и кокса создается поток газов коксования, формируется пористость. Цель работы — определить и численно оценить роль пористости в газификации анодов. С этой целью отбирали керны с отключенных электролизеров, из которых получили образцы из разных температурных зон. Для оценки газификации анода Содерберга исследовали пробы материала самообжигающихся анодов алюминиевых электролизеров, отключенных в капитальный ремонт. Керны диаметром 50 мм отбирали вертикальным сверлением анода. Общая длина образца составляла 130 см. После исключения необожженной верхней части керна, не пригодной для проведения предварительных физико-механических испытаний, образцы делили на пять частей длиной по 20 см. На этих пробах исследовали стандартные физико-химические свойства и распределение пор по размерам (с помощью ртутной порометрии). Определение пористости по ртути углеродных и других пористых материалов имеет ряд особенностей, которые касаются природы взаимодействия большинства материалов с ртутью. В обычных условиях ртуть плохо смачивает и пропитывает пористые материалы. Поэтому для исследования пористости применяют ртутные порозиметры, которые могут в небольших объемах создавать высокое давление до 60 т. Прибор последовательно нагнетает ртуть в пористую структуру, заполняя прежде всего крупные поры, затем мелкие. Поэтому кривая распределения пор по размерам имеет обратное направление от крупных пор к мелким. Результаты вертикального зондирования анода показали, что пористость анода в районе изотермы 930 ^oC представляет систему крупных пор с размером от 30 до 6 мкм, с повышением температуры до 940–950 ^oC пористость трансформируется в систему пор с появлением дополнительного максимума в диапазоне 2,6…0,14 мкм. Показано, что поры размером 2,6…0,14 мкм являются наиболее активными в газификации СО₂ анода Содерберга и увеличивают его избыточный расход на 18,2 %. Уменьшение непродуктивного расхода можно достичь снижением пористости на стадии формирования анода и корректировкой глубины погружения анода в электролит. 

1. Янко Э. А. Аноды алюминиевых электролизеров. — М. : Руда и Металлы, 2001. — 670 с.
2. Engvoll M. A., Oye H. A., Sorlie M. Gas reactivity inside industrial anodes // Light Metals. 2002. P. 561–568.
3. Ziegler D. P. Sub-surface carbon dioxide reaction in anodes // Light Metals. 2011. P. 901–906.
4. Feng B., Bhatia S. K. Variation of the pore structure of coal chars during gasification // Carbon. 2003. Vol. 41, Iss. 3. P. 507–523.
5. Furquim B. D., Pomarico W., Ferraço F., Fernandes R. S., Maestrelli S. C. Dry aggregate particle size distribution optimization for Soderberg anode paste production applied to aluminum industry // Mater. Sci. Forum. 2014. Vol. 802. P. 291–296.
6. Putri E., Brooks G., Snook G. A., Lossius L. P. et al. Diffusion measurements of CO₂ within carbon anodes for aluminium smelting // Light Metals. 2020. P. 1183–1888.
7. Sadler B. A., Algie S. H. A porosimetric study of sub-surface carboxy oxidation in anodes // Light Metals. 1991. P. 594–605.
8. Putri E., Brooks G., Snook G. A., Rørvik S. et al. Understanding the anode porosity as a means for improved aluminium smelting // Light Metals. 2018. P. 1235–1242.
9. Храменко С. А., Черских И. В. и др. Исследование самообжигающегося анода методом вертикального зондирования // Вестник РУСАЛа. 2012. № 1. С. 14–20.
10. Solheim A. Practical implications of some interfacial processes in alumina reduction cells // 11th Austral Asian Aluminium melting Technology Conference, 6–11 December 2014. — Dubai, United Arab.
11. Бузунов В. Ю., Зыков С. А., Храменко С. А. Разработка метода оценки степени пропитки анодной массы каменноугольным пеком // Цветные металлы. 2018. № 11. С. 51–55.
12. Бузунов В. Ю., Зыков С. А., Храменко С. А. Влияние индекса Блейна пылевой фракции кокса на структуру и свойства обожженных анодов // Цветные металлы. 2022. № 5. С. 41–47.