В настоящее время единственным промышленным способом получения чистого алюминия является электролизный процесс. Исходным сырьем служит глинозем
(AI2O3), а основой электролита служит система криолит-глинозем. В электролизной ванне при приложении между анодом и катодом напряжения 4,0-4,3 В в электролите происходит разложение глинозема на ионы алюминия и кислорода. Анионы алюми­ния осаждаются на катоде, образуя слой жидкого алюминия на дне электролизера; электролиз протекает при температуре 950-970° С.

Электролизеры подразделяют по следующим признакам: по конструкции анода — с самообжигающимися и обожженными анодами; по способу подвода тока к ано­ду — с боковым и верхним подводом; по мощности (силе тока) — малой мощности (40-50 кА), средней (50-90 кА) и большой (100-250 кА).

Самообжигающиеся аноды с боковым подводом применяли на ранее сооружав­шихся электролизерах небольшой мощности и сегодня они считаются устаревшими. В настоящее время эксплуатируют в основном мощные электролизеры с самоспекаю - щимися анодами и верхним токоподводом и электролизеры с обожженными анода­ми. Недостатком электролизеров с самоспекающимися анодами является выделение в процессе спекания загрязняющих атмосферу канцерогенных веществ.

Недостатком применения электролизеров с обожженными анодами является необ­ходимость создания отдельного производства анодов, однако при этом основная масса выделяющихся вредных веществ улавливается и обезвреживается на электродных заводах. Сейчас в мировой практике, исходя из лучших санитарно-гигиенических условий, создаваемых работой электролизеров с обожженными анодами, сооружают только последние.

Электролиз в электролизерах всех типов происходит в электролизной ванне пря­моугольной формы с кожухом из стального листа, имеющего шамотную футеровку снаружи, а внутри обожженные угольные блоки и угольные плиты стен (кожух небольших и иногда средних электролизеров делают без днища). Ванна с угольной футеровкой является катодом, а сверху в ванну введен подвешиваемый анод (само - спекающийся из углеродистой массы или обожженный угольный).

Ванна глубиной 0,5—0,6 м заполнена электролитом и находящимся под ним слоем жидкого алюминия. Поскольку допустимая удельная плотность проходящего через анод тока составляет 0,65-1,0 А/см2, то при росте мощности ванн увеличивается площадь анода; размеры поперечного сечения анода мощных ванн достигает 2,8 х х 9 м, размеры ванны (внутри) 3,8 х 10 м.

Электролизеры с самообжигающимися анодами и верхним токоподводом приме­няют с 1959 г. В то время они были самыми мощными из всех типов электролизе­ров. Они непрерывно совершенствуются, увеличивается их мощность, улучшаются отдельные узлы, а для их обслуживания применяют машины современных конструк­ций. Поперечный разрез подобного электролизера показан на рис. 2.118.

Кожух электролизера без днища; кожух вместе с подиной 2 из углеродистых блоков опирается на цоколь 1, т. е. кладку из красного кирпича внизу и шамотного кирпича вверху, укладываемых на бетонный фундамент. Перед установкой уголь­ных блоков в их нижнюю часть заливают чугуном стальные стержни 5, служащие токоподводом. Анод 4 электролизера заключен в стальной кожух 7 и удерживается на токоподводящих штырях 14- В кожух 7 сверху периодически загружают анодную углеродистую массу, которая нагреваясь плавится и образует слой 22 жидкой массы, а ниже спекается, образуя угольный анод 4-

Штыри 14 расположены по площади анода в четыре ряда на двух горизонтах и крепятся к анодным шинам эксцентриковыми зажимами 15. Общая масса ста­леалюминиевого штыря диаметром 138 и длиной 2700 мм составляет 200 кг. Число штырей тем больше, чем больше мощность электролизера (т. е. чем больше сила тока электролизера).

Анодные^шины 16 с закрепленными штырями опираются на анодную раму 10 через изоляторы. По мере срабатывания анода его опускают с помощью основного механизма. При этом рама с анодом перемещается по четырем неподвижным винтам анодных домкратов 9, установленным на стойках 8, с помощью двух электромеха­нических приводов 20. Каждый из них содержит электродвигатель и червячный редуктор и соединен со специальными червячными редукторами 11 домкратов 9 посредством трансмиссионных валов 12.

На анодной раме установлена рама 17 вспомогательного механизма, предназна­ченного для подъема кожуха анода 7. Этот механизм по конструкции сходен с меха­низмом подъема анода и отличается только тем, что винты его домкратов 19 выпол­нены подвижными и перемещаются вместе с рамой 13 кожуха анода от привода 18. К кожуху анода крепится колокол 6 для сбора выделяющихся из электролизера газов. Газы из-под колокола направляются к двум горелкам 21 в торцах анода, в которых происходит дожигание СО и смолистых погонов, а затем газы поступают в систему газоулавливания и газоочистки.

Скорость перемещения анода и кожуха анода составляет примерно 0,3мм/с.

Электролизеры с обожженными анодами. Современный электролизер подобного типа показан на рис. 2.119.

Кожух 6 электролизера имеет форму прямоугольного корыта и сварен из сталь­ных листов. Своим днищем кожух опирается на поперерчные стальные балки 5, про­дольные балки 4 и через колонны 1 на фундамент. Стены кожуха укреплены ребрами

жесткости, а продольные стены дополнительно контрфорсами 2. Контрфорсы — это вертикальные балки, стянутые попарно на уровне днища кожуха поперечными сталь­ными тягами 25. Верхние концы контрфорсов прижаты к стенам кожуха, а нижние концы каждой пары опираются на железобетонные балки 3, которые работают на сжатие, что препятствует деформации стенок (расширению кожуха).

Под ванны имеет внизу слой шамотного кирпича и выше него углеродистые блоки 7 с залитыми чугуном стальными стержнями — токоподводами 19 футеровка стен имеет слой шамота и внутри угольные плиты.

Опорой анодного устройства и механизмов его подъема-опускания служат две продольные балки 16, закрепленные на колоннах 24■ Кроме того, балки выполняют следующую функцию. Вместе с уложенным на их верх горизантальным стальным листом они образуют располагаемый вдоль оси ванны короб, служащий газосборным и газотводящим коллектором (из него газы отсасываются в систему газоочистки).

Анодное устройство оостоит из двух рядов обожженных угольных блоков — анодов 8, подвешенных к двум токоподводящим шинам 13, которые расположены продольно с двух сторон от оси электролизера. Каждый угольный анод 8 посредством четырех ниппелей 23 и кронштейна 17 крепится к алюминиевой токоподводящей штанге 9, которая эксцентриковым зажимом прикреплена к анодной шине 13. Таким образом шины и штанги 9 являются как токоподводящим, так и грузонесущим элементами.

Каждая анодная шина подвешена в двух точках к механизмам ее подъема-опуска­ния, будучи шарнирно соединена с тягами (винтами) 14 этих механизмов. Механизм подъема-опускания шин 13 с анодами имеет привод 12 (электродвигатель с червяч­ным редуктором) и четыре домкрата 10, опирающиеся через неподвижную раму 20 на опорные балки 16. При включении привода вращение через карданные валы 11 передается гайкам домкратов 10, что обеспечивает вертикальное перемещение винтов (тяг) 14 и, тем самым, подъем-опускание шин 13 с анодами.

Укрытие электролизера обеспечивают горизонтальные крышки, опирающиеся на балки 21 и наклонные крышки 18, выполненные в виде наклонной рамы со створ­ками. Можно открывать всю раму вверх (поз. 18, а) с помощью пневмоприводов 15 и рычажных механизмов 22 или же откидывать вверх отдельные наклонные створки.

Угольные блоки, расположенные в два ряда вдоль ванны, имеют размеры: ши­рина 700—900 мм, высота 550-650 мм и длина 1450-1600 мм. В блоке имеются гнезда, в которые чугуном заливают ниппели 23.

Электролизеры в современном электролизном цехе располагают в два ряда вдоль здания (до 90-96 электролизеров).