电解质组成分析的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及有色金属冶金，特别是涉及基于对铝电解控制的差热测量结果进行电解质组成分析的装置和方法。所述装置由包含参比材料和电解质采样容器的金属体、浸入参比材料和电解质样品中的温度传感器、用于对获得的结果进行记录、数据处理和可视化的系统组成。通过使用α‑改性氧化铝作为安置在金属体隔室内的参比材料来提高电解质组成分析精度。方法包括：将金属体浸入电解质中；用熔融电解质填充容器；将具有填充好的容器的金属体从所述熔融电解质表面上的结壳上方移出并冷却；考虑到在电解质样品中的含量不少于3重量％的所有结晶相，绘制和分析差热曲线，基于该曲线来确定液相线温度、电解质过热度和电解质固体样品的相以及混合组成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电解质组成分析的方法和装置
本专利技术涉及有色金属冶金，特别是涉及铝的电解生产，即一种基于对铝电解控制的差热测量的电解质组成分析的装置和方法。目前，通过对溶解在熔融氟化物电解质中的氧化铝进行电解还原来生产铝。对于电解的技术性能和经济性能而言，其最重要的优点之一是电解质组成。组成控制是通过定期采样进行的，其中，然后在实验室中对样品进行分析。从采样点到分析结果可用的点，需要数小时至数天，这就是分析结果并不总是对技术决策有相关性的原因。电解控制通常是通过对液相线温度、过热度和电解质组成进行快速分析的方法来实现的，该方法基于对电解质样品冷却曲线的热或差热分析的应用。当采用差热分析时，应绘制表示样品与参比材料之间温度差的差热曲线。现有技术已知的方法和装置(美国专利5752772号，C25C3/20，公布于1998年5月19日，俄罗斯专利2303246号，G01K7/02，公布于2007年7月20日)基于电解质液相线温度的无标准测量，其包括仅在一定的温度范围内记录和分析电解质冷却曲线。这使得可以确定液相线温度和电解质过热值；然而，它不提供任何有关电解质组成的见解，这是无标准分析的主要缺点。例如，美国专利5752772描述了来自HeraeusElectro-Nite的传感器，其被配置用于电解质温度和液相线温度测量。该传感器的可更换(一次性)传感头由安置在纸板管内的金属铲斗和布置在铲斗内的热电偶组成。在熔体上方进行预热后，将探头浸入电解质并测量其温度。从熔体中移出铲斗中的电解质样品。当冷却时，记录电解质样品的冷却曲线(从电解质熔体温度到其液相线温度)。电解质液相线温度由样品冷却曲线斜率的突然变化所确定。该装置的缺点之一是传感头不能重复使用。此外，熔体组分数量的增加导致熔体液相线温度测定的精度降低，并因此导致电解质过热值的精度降低。该装置相当笨重，为了沿着车身移动它，通常使用台车。俄罗斯专利2303246中所描述的装置和方法的特征在于应用可重复使用的电解质采样器。在提取收集的电解质样品之前，将采样器加热至熔融温度。在电解质结壳上将样品冷却至液相线温度，在最大结晶热发生时确定电解质的液相线温度为在电解质冷却曲线的平滑值范围内的电解质温度二阶导数的最大值。一旦确定了液相线温度，采样器就会通过电解质熔体中的振动洗涤，并从熔体残渣中清除。该设备的缺点之一是熔体液相线温度测定原理。在最大结晶热发生时电解质液相线温度的测定与转换到电解质体系时产生的误差相关，在电解质体系中电解质液相由低浓缩相限定，并相应地具有低热效应。电解质组成可以用2001年4月24日公布的美国专利6220748号(IPCG01N25/00)和2005年3月31日公布的US6942381(C25C3/20)中描述的装置来测定。美国专利6220748描述了一种用于电解质组成分析的方法和装置。该方法可以确定电解质冰晶石比和氧化铝浓度。该装置包含用于收集电解质样品的敞口杯和用于参比材料的封闭接收杯，每个杯均装有热电偶。这些杯靠中空金属圆筒支撑并在空间中彼此分开。基于测量结果，确定电解质温度、液相线温度和电解质过热度。为了确定冰晶石比和氧化铝浓度，使用差热曲线。该电解质冰晶石比是根据差热曲线上的峰的排列和大小来确定的。氧化铝含量与400℃～500℃温差范围内的差热曲线上的峰面积成函数关系。该装置具有复杂的设计，其缺点是测试样品和参比样品的空间分离。在这种情况下，它们的冷却在不同的热条件下进行，导致测量精度显著降低，并因此降低电解质组成分析结果的精度。就其技术规格和有效性而言，根据美国专利6942381的方法和装置是所要求保护的装置和方法的最接近的类似物。用于实施US6942381的方法的装置包括可重复使用的包括参比材料和电解质采样容器的一件式金属体，以及浸入参比材料和电解质样品中的热电偶，和用于对所获得的结果进行记录、数据处理和可视化的系统。用于熔融电解质组成分析的方法包括：将金属体浸入电解质中；用电解质熔体填充容器；移出并冷却具有填充好的容器的金属体；绘制和分析差热曲线以确定液相线温度、过热度和电解质组成。该方法允许确定工业电解质冰晶石比和氧化铝浓度。冰晶石比和氧化铝浓度是基于在850℃～930℃和650℃～700℃温度范围内的差热曲线上的峰面积确定的。在800℃～900℃温度范围内，氧化铝含量与差热曲线上的峰面积成函数关系。一旦测量完成后，在熔体中清洗该装置。该装置和方法的缺点在于使用该装置的材料作为参比材料。为了实现电解质相结晶的独特峰，并因此得到熔体组成分析的一致和可重复的结果，电解质样品与参比材料之间的热交换应该最小。热交换的负面影响表现为以下事实：电解质样品中相变的热效应将记录在参比材料冷却曲线上，导致在热曲线和差热曲线上的峰识别以及电解质中相浓度的分析将更加困难。这对于电解质中的低浓度相尤其要紧，因为恰是这些相可能代表熔体液相线温度。上述所有内容将所述装置和方法的应用范围限制在具有冰晶石比高于2的冰晶石-氧化铝熔体，并且限制了其在酸性、多组分(改性)电解质以及具有接近或等于饱和浓度的氧化铝浓度的熔体中的使用。
技术实现思路
本专利技术致力于解决的技术问题在于提高电解质组成分析精度，由此可以创造条件来使用于铝生产的冰晶石-氧化铝熔体组成保持稳定。作为根据US6942381的熔融电解质组成分析用装置，所要求保护的装置包括：含有参比材料的可重复使用的金属体，至少一个电解质采样容器，浸入参比材料和电解质样品中的温度传感器，与温度传感器通信的用于对所获得的结果进行记录、数据处理和可视化的系统。所述技术问题得以解决并且实现的技术效果包括确定电解质相和混合组成以及提高测量可靠性。该技术问题通过使用α-改性氧化铝作为安置在金属体隔室内的参比材料来解决。通过特定的实施方式补充了该装置，这使得可以提高电解质组成分析的精度。特别是，该装置可以包括一个至四个电解质采样容器，其中，如果容器的数量多于一个，则它们被置于参比材料的任一侧。热电偶通常用作该装置的温度传感器。为了稳定运行，浸入参比材料的温度传感器由刚玉盖保护。此外，该装置可以包括金属保护管，该金属保护管围绕参比材料隔室的外围与金属体刚性连接，其中，用于将直接浸入电解质采样容器中的温度传感器的保持器和固定部件被安置在所述金属保护管上。电解质温度传感器可以安置在与金属体刚性连接的金属管内，其中，该金属管通过在金属体中制成的通道连接到电解质采样容器，以使温度传感器能够浸入电解质采样容器中。该技术问题也通过因以下事实而获得的技术效果得以解决：在根据所要求保护专利技术的用于熔融电解质组成分析的方法中(该方法包括：将装置浸入电解质中；用电解质填充采样器；移出并冷却具有填充好的容器的装置；绘制和分析热和差热曲线；确定液相线温度、过热度和电解质组成)，当分析热和差热曲线时，将这些曲线分为多个峰；确定了相峰高度和/或面积和/或半宽度；基于至少对一个相峰参数的校准依赖关系来确定电解质中的相浓度；考虑到在电解质样品中的含量不少于3重量％的所有结晶相，确定了电解质固体样品的相以及混合组成。该方法的特征可在于，在采样之后，在熔融电解质表面上的结壳上方冷却该装置。与US6942381相比，该装置具有以下不同：首先，建议使用与装置材料不同的物质作为参本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于熔融电解质组成分析的装置，其包括：包含其中安置有参比材料的隔室和至少一个电解质采样容器的金属体，浸入所述参比材料和电解质样品中的温度传感器，与温度传感器通信的用于对所获得的结果进行记录、数据处理和可视化的系统，其特征在于，使用α‑改性氧化铝作为安置在所述金属体隔室内的所述参比材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.08 RU 20161226951.一种用于熔融电解质组成分析的装置，其包括：包含其中安置有参比材料的隔室和至少一个电解质采样容器的金属体，浸入所述参比材料和电解质样品中的温度传感器，与温度传感器通信的用于对所获得的结果进行记录、数据处理和可视化的系统，其特征在于，使用α-改性氧化铝作为安置在所述金属体隔室内的所述参比材料。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述金属体包括一个至四个电解质采样容器，其中如果所述容器的数量多于一个，则它们被置于所述参比材料的隔室的任一侧。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，使用热电偶作为温度传感器。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，浸入所述参比材料中的温度传感器由刚玉盖保护。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括金属保护管，所述金属保护管围绕所述参比材料隔室的外围与所述金属体刚性连接，其中，用于将直接浸入所述电解质采样容器中的所述温度传感器的保持...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·A·斯马克夫，A·O·古谢夫，K·B·巴金，A·V·东佐夫，
申请(专利权)人：俄铝工程技术中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：俄罗斯,RU