Numerical simulation electric distribution in aluminum reduction cell with vertical collector bars

Simulación numérica de la distribución eléctrica en una celda de reducción de aluminio con barras colectoras verticales

Las distribuciones de corriente eléctrica en el cátodo se calcularon utilizando un modelo termoeléctrico tridimensional. Los resultados muestran que la célula con barras colectoras verticales tiene una tensión (densidad de corriente eléctrica) uniforme en el carbón catódico en toda la anchura de la célula que la de una célula convencional. Además, la densidad horizontal en la almohadilla metálica con barras colectoras verticales es mucho menor que la de la célula convencional, lo que indica que la célula con colectores verticales generará la menor turbulencia metálica y la distancia polar puede controlarse en un valor menor y uniforme.

INTRODUCCIÓN

El aluminio se produce por reducción electrolítica de alúmina en un electrolito. La célula de reducción de aluminio típica se muestra en la figura 1. La corriente entra en la celda de reducción a través del ánodo y luego pasa a través del baño electrolítico, baja por la almohadilla de aluminio fundido donde luego entra en los bloques de carbón del cátodo y es llevada fuera de la celda por las barras colectoras del cátodo (barra de acero).

A medida que el baño es atravesado por la corriente eléctrica, la alúmina se reduce electrolíticamente a aluminio en el cátodo. El aluminio se acumula en una almohadilla de aluminio fundido. Las celdas de reducción de aluminio funcionan manteniendo una profundidad mínima de aluminio líquido en la celda, cuya superficie sirve como cátodo real. Las células funcionan a tensiones bajas y corrientes muy altas. La corriente que fluye a través de la célula y en los conductores da lugar a un campo magnético sustancial dentro y alrededor de la célula. Los componentes horizontales del flujo de corriente eléctrica interactúan con el componente vertical del campo magnético, lo que afecta negativamente al funcionamiento eficaz de la célula [1]. La fuerza causada por el efecto combinado de los campos magnéticos y la distribución de la corriente provoca el movimiento de la almohadilla de metal fundido y la deformación de la interfaz baño/metal. En ocasiones, el movimiento del metal agita violentamente la almohadilla metálica y provoca cortocircuitos eléctricos localizados. Además, la turbulencia de la almohadilla metálica puede aumentar la "reacción de retroceso" o reoxidación, reduciendo así la eficacia de la célula. Las variaciones de profundidad también restringen la reducción de la distancia entre el ánodo y el cátodo y producen una pérdida de eficiencia de la corriente, ya que la energía se pierde en el baño entre el ánodo y el cátodo.

En reconocimiento de los efectos adversos que los componentes horizontales de la corriente tienen sobre la efi ciencia de la célula, se hicieron grandes esfuerzos en la investigación de la horizontal en la célula convencional.