Институт цветных металлов и материаловедения, ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет», Красноярск, Россия:

О. В. Юшкова, ведущий инженер кафедры МИТОМ им В. С. Биронта, эл. почта: olga_yuskova_1954@mail.ru
П. В. Поляков, профессор-консультант

ООО РУСАЛ Инженерно-технологический центр, Красноярск, Россия:
Г. В. Архипов, директор проекта «Энергосберегающие конструкции электролизеров»

ООО «НТЦ Элтер», Красноярск, Россия:
А. М. Иванова, директор ООО «НТЦ Элтер»

Выполнено исследование защитных свойств графитовой фольги «Графлекс», предложенной для защиты чугунной заливки и блюмсов от проникновения электролита, снижения тем самым падения напряжения в катоде и повышения срока службы электролизеров. В лабораторных ячейках проведен электролиз и рентгеноспектральным методом выполнено исследование элементного состава для определения степени проникновения электролита в образцы из подовых блоков. В точках съемки до и после защиты фольгой определено содержание фтора и натрия. Микроструктуру и элементный состав образцов изучали на сканирующих электронных микроскопах: JSM-7001F с системой микроанализаторов Oxford Instruments для определения элементного состава и ЕVO 50 фирмы ZEISS для измерения пор. Не защищенный фольгой образец подового блока в процессе электролиза сильно пропитывается электролитом. Увеличение числа слоев фольги повышает ее защитные свойства. При защите образцов фольгой (однослойный и трехслойный материалы (толщина слоя = 0,3 мм)) средняя концентрация фтора в образце значительно уменьшается, что свидетельствует о ее высоких защитных свойствах. Установлено, что вследствие наличия пористости в фольге целесообразно использовать трехслойную защиту. Использование фольги предотвратит поступление электролита к заливке и блюмсам, а также образование слоя твердой смеси солей между стенкой паза подового блока и заливкой. В результате структура, состав чугуна и блюмса не будут изменяться, а сопротивление контакта чугун – подовый блок не будет расти в течение срока службы электролизера. Одна из функ- ций фольги заключается в перераспределении тепловых потоков и токов при отсутствии химических взаимодействий в контакте с материалами футеровки электролизера.

Статья подготовлена с использованием результатов работ, выполненных в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы», по соглашению № 14.579.21.0032 по теме: «Разработка технологии получения алюминия со снижением расхода электроэнергии на действующих электролизерах на 300–1000 кВт·ч/т алюминия», уникальный идентификатор RFMEFI57914X0032.

1. Сорлье М., Ойя Х. А. Катоды в алюминиевом электролизе : пер. с англ. П. В. Полякова. — Красноярск : Краснояр. гос. ун-т, 2010. — 662 с.
2. Hale W. Improving the Useful Life of Aluminium Industry Cathodes // Journal of Metals. 1989. Vol. 41, No. 11. P. 20–25.
3. Akhmetov S., Whitfield D., Al-Jallaf M. M., Al-Zarouni A., Arkhipov A., Al-Redhwan A., Sidou W. A. D18+: Potline modernisation at DUBAL // Light Metals. 2013. P. 561–565.
4. Alsayed W., Al Riyami A. M., Al Hammadi M., Al Ali I. O., Pillai V. C., Al Zarouni A. H. A. M., Akhmetov S., Reverdy M., Ahli N. World’s longest potline start-up at EMAL // Light Metals. 2015. P. 505–510.
5. Lombard D., Beheregaray T., Feve B., Jolas J. M. Aluminium Pechiney Experience with Graphitized Cathode Blocks // Light Metals. 1998. P. 653–658.
6. Lorentsen O., Rye K. The new elkem aluminium gas preheating system for prebake and Soderberg cells // The 6th Australasian Aluminium Smelting Workshop. 1998. P. 605–616.
7. Pat. 6645456 US. Method for producing expandable graphite intercalation compounds using phosphoric acids, and graphite foil / Oswin Ottinger, Hurbert Malik ; рubl. 11.11.2003.
8. Егоров-Тисменко Ю. К. Кристаллография и кристаллохимия : учебник / под ред. В. С. Урусова. — М. : КДУ, 2005. — 592 с.
9. Новоженов В. И., Поляков П. В., Гильманшина Т. Р., Баранов В. Н., Юшкова О. В., Семушева А. Ю., Лыткина С. И. Механоактивация оксидных и слоистых материалов : коллективная монография. — Красноярск : Сибирский федер. ун-т, 2015. — 164 с.
10. Pat. 1211221 EP. Heat-resistant expanded graphite sheet and method for producing the same / Sakairi Yoshikazu, Shimura Toshihiko, Kurose Kohei, Kusuyama Toshiki, Inomoto Hideki, Kakimi Hideaki ; publ. 05.06.2002.
11. Пат. 2416586 РФ. Способ получения графитовой фольги / Шорникова О. Н., Сорокина Н. Е., Лутфуллин М. А., Ионов С. Г., Годунов И. А., Авдеев В. В. ; опубл. 20.04.11.
12. Yakimov S. Automatization of phase identification of X-ray diffraction powder pattern obtained by using SR // J. Nuclear instruments and methods in physics research. 1989. A282. Р. 655–657.
13. ТУ 57-28-001-17172478–97. Графитовая фольга «Графлекс» для барьерных слоев электролизеров ; введ. 01.10.2005.
14. Чизмаджиев Ю. А., Маркин В. С., Тарасевич М. Р., Чирков Ю. Г. Макрокинетика процессов в пористых средах (Топливные элементы). — М. : Наука, 1971. — 364 с.
15. Якимов И. С. Cистема рентгенофазовой идентификации существенно многофазных материалов // Заводская лаборатория. 2007. № 11. С. 32–37.
16. Tao Li, Stein Tore Johansen, Asbjørn Solheim. Uneven cathode wear in aluminium reduction cells // Light Metals. 2016. P. 927–932.

17. Wang Z., Nobakhtghalati S., Støre A., Solheim A., Tschöpe K., Ratvik A. P., Grande T. Cathode wear in electrowinning of aluminum investigated by a laboratory test cell // Light Metals. 2016. P. 897–902.
18. Qiwei Tan, Jilai Xue, Jing Sun, Jun Zhu. Creep behavior and change of porous structure of graphite cathode material in NaF – AlF₃ – Al₂O₃melt under external pressure // Light Metals. 2016. P. 921–925.
19. Marc Dupuis, Michae..l Pagé, Pr. Eng. Modeling gravity wave in 3D with openfoam in an aluminum reduction cell with regular and irregular cathode surfaces // Light Metals. 2016. P. 909–914.