Influence of Phosphorus on Current Efficiency in Aluminum Electrolysis at Different Current Densities

Many factors may contribute to loss of current efficiency (CE) in aluminum reduction and one of them is a presence of impurities. In this work, the effect of phosphorus on CE is studied in a laboratory cell at different current densities. Due to a growing trend toward higher amperage in retrofitted industrial cells, a study is performed both at a representative industrial current density (0.8 A/cm(2)) and at a high current density (1.5 A/cm(2)). More resolution was obtained at phosphorus levels comparable to typical industrial concentration in aluminum reduction cell (0-220 mg/kg). It is shown that the effect of phosphorus on the CE is more significant at high current density. Trend lines for the whole concentration range btw. 0 and 630 mg/kg showed a decrease of 1.1% in CE per 100 mg/kg for the high current density and 0.67% per 100 mg/kg at the low current density. The detrimental effect was more pronounced for relatively low phosphorus contents up to 220 mg/kg. A trend line for that smaller range revealed a reduction of 2.5% per 100 mg/kg of phosphorus at 1.5 A/cm(2), while at 0.8 A/cm(2) a reduction of 0.92% per 100 mg/kg of phosphorus was obtained. This indicates that increasing amperage in retrofitted cells may amplify the detrimental effect of impurities on the current efficiency.Funding for this work was provided by Alcoa Fjardaal and HRV Engineering. Assistance from Manolescu and Sintef staff is gratefully acknowledged."Peer Reviewed

Выделение перфторуглеродов в алюминиевом электролизере при низком напряжении

It is well known that the perfluorocarbon (PFC) gases CF4 and C2F6 are being emitted during anode effects in aluminium cells. These PFC compounds are very strong greenhouse gases, and the aluminium industry has made great efforts to reduce these emissions. From 1990 to 2008 a 90% reduction in PFC emissions has been achieved. However, during the last few years we have received new alarming information, mainly from the Chinese aluminium industry, that there is an almost continuous emission of PFC gases from aluminium potlines even in the absence of anode effects, and it accounts for 10 to 90% of the total PFC emissions, the median being 70%. They named it “Non-anode effect PFC emissions”. This information has later been confirmed from several sources, so it seems to be a universal problem. To our knowledge it was first detected by the late Warren Haupin of Alcoa in 1995, but apparently it was not taken seriously at that time. Now we know better. A recent report from Alcoa indicates that whereas low voltage PFC emissions were observed in all prebake plants being investigated, it was not detected in two Soderberg potlines. Possible reasons for that will be discussedИзвестно, что при анодных эффектах на алюминиевых электролизерах выделяются газообразные перфторуглероды CF4 и C2F6. Данные соединения являются парниковыми газами, и в алюминиевой промышленности проводятся активные мероприятия по их сокращению. С 1990 по 2008 г. сокращение выбросов ПФУ достигло 90 %. Однако, в последние годы была получена сенсационная информация, главным образом от китайской алюминиевой промышленности, что непрерывные выбросы газообразных ПФУ на сериях электролиза алюминия не прекращаются даже в отсутствие анодных эффектов, составляя от 10 до 90 % от общего количества выбросов со срединным значением 70 %. В китайской алюминиевой промышленности это назвали «Выбросы ПФУ, не связанные с анодным эффектом». Данная информация была впоследствии подтверждена несколькими компаниями в разных странах, поэтому представляется, что данная проблема является всеобщей. Впервые это было обнаружено Уорреном Хопином (WarrenHaupin), сотрудником Alcoa в 1995 г., но в то время это не было принято всерьез. В настоящее время мы знаем больше. В недавнем сообщении Alcoa указывается, что низковольтные выбросы ПФУ обнаружены на всех исследуемых заводах электролиза с обожженными анодами и не зафиксированы в двух сериях электролизеров с анодами Содерберга. Возможные причины такого явления будут обсуждаться в стать

Выделение перфторуглеродов в алюминиевом электролизере при низком напряжении

It is well known that the perfluorocarbon (PFC) gases CF4 and C2F6 are being emitted during anode effects in aluminium cells. These PFC compounds are very strong greenhouse gases, and the aluminium industry has made great efforts to reduce these emissions. From 1990 to 2008 a 90% reduction in PFC emissions has been achieved. However, during the last few years we have received new alarming information, mainly from the Chinese aluminium industry, that there is an almost continuous emission of PFC gases from aluminium potlines even in the absence of anode effects, and it accounts for 10 to 90% of the total PFC emissions, the median being 70%. They named it “Non-anode effect PFC emissions”. This information has later been confirmed from several sources, so it seems to be a universal problem. To our knowledge it was first detected by the late Warren Haupin of Alcoa in 1995, but apparently it was not taken seriously at that time. Now we know better. A recent report from Alcoa indicates that whereas low voltage PFC emissions were observed in all prebake plants being investigated, it was not detected in two Soderberg potlines. Possible reasons for that will be discussedИзвестно, что при анодных эффектах на алюминиевых электролизерах выделяются газообразные перфторуглероды CF4 и C2F6. Данные соединения являются парниковыми газами, и в алюминиевой промышленности проводятся активные мероприятия по их сокращению. С 1990 по 2008 г. сокращение выбросов ПФУ достигло 90 %. Однако, в последние годы была получена сенсационная информация, главным образом от китайской алюминиевой промышленности, что непрерывные выбросы газообразных ПФУ на сериях электролиза алюминия не прекращаются даже в отсутствие анодных эффектов, составляя от 10 до 90 % от общего количества выбросов со срединным значением 70 %. В китайской алюминиевой промышленности это назвали «Выбросы ПФУ, не связанные с анодным эффектом». Данная информация была впоследствии подтверждена несколькими компаниями в разных странах, поэтому представляется, что данная проблема является всеобщей. Впервые это было обнаружено Уорреном Хопином (WarrenHaupin), сотрудником Alcoa в 1995 г., но в то время это не было принято всерьез. В настоящее время мы знаем больше. В недавнем сообщении Alcoa указывается, что низковольтные выбросы ПФУ обнаружены на всех исследуемых заводах электролиза с обожженными анодами и не зафиксированы в двух сериях электролизеров с анодами Содерберга. Возможные причины такого явления будут обсуждаться в стать

Influence of phosphorus on current efficiency in aluminum electrolysis at different current densities

Many factors may contribute to loss of current efficiency (CE) in aluminum reduction and one of them is a presence of impurities. In this work, the effect of phosphorus on CE is studied in a laboratory cell at different current densities. Due to a growing trend toward higher amperage in retrofitted industrial cells, a study is performed both at a representative industrial current density (0.8 A/cm2) and at a high current density (1.5 A/cm2). More resolution was obtained at phosphorus levels comparable to typical industrial concentration in aluminum reduction cell (0–220 mg/kg). It is shown that the effect of phosphorus on the CE is more significant at high current density. Trend lines for the whole concentration range btw. 0 and 630 mg/kg showed a decrease of 1.1% in CE per 100 mg/kg for the high current density and 0.67% per 100 mg/kg at the low current density. The detrimental effect was more pronounced for relatively low phosphorus contents up to 220 mg/kg. A trend line for that smaller range revealed a reduction of 2.5% per 100 mg/kg of phosphorus at 1.5 A/cm2, while at 0.8 A/cm2 a reduction of 0.92% per 100 mg/kg of phosphorus was obtained. This indicates that increasing amperage in retrofitted cells may amplify the detrimental effect of impurities on the current efficiency