[发明专利]混合具有宽的颗粒尺寸分布的散状固体材料的方法及混合站

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于混合材料(例如具有宽的颗粒尺寸分布的散状固体材料)的方法及混合站。特别地，本发明涉及铝工业中阳极覆盖材料(ACM)的制备。在具有预焙阳极的电解槽中，这种材料被用作作为电解池上方的包封层的阳极块的顶部上和侧部处的覆盖材料。

背景技术

ACM是电解质渣壳(crushed bath)和氧化铝、初生氧化铝(primary alumina)和/或次生氧化铝(secondary alumina)的混合物，该混合物以取决于在实际现场处的电解技术的比例进行混合。这种材料可由相当大的量的可回收材料构成，例如在更换阳极时从电解槽获取的电解质渣壳材料和/或渣料，或者通过杆状工具从残余部分(butt)移除的材料。

在大多数用于混合电解质渣壳和氧化铝以制造ACM的现有设施中，使用了机械式混合器，在大多数情况下为普通的间歇式混合器，或者仅计量通过螺旋输送装置以期望的混合比例输送到带输送装置上的多个材料流。应用具有均匀颗粒分布的ACM对于电解槽中的热平衡是重要的。

本发明改进的出发点在于，由于宽的颗粒尺寸分布，来自铝电解槽的电解质渣壳是一种将会非常易于偏析的材料。因此，方法必须选择成使得该方法将会抵制偏析作用。为实现这点，均匀化的基本原理被应用。这将降低材料流的变化，否则将必须通过混合设备或混合站的操作员来校正。正如预期的那样，这种设施将使输入的材料流均匀化，并在任何时候输送具有针对均匀化改进的材料特性(平均/恒定的颗粒尺寸分布(PSD))的材料。

用于混合材料的合理配置的设备(例如料仓(silo))可给出与普通机械式混合器可实现的相比一样好且在某些情况下更好的混合物。其原因在于，所述料仓与普通的混合器在每单位时间可混合或均匀化的材料相比，可混合或均匀化更大数量的材料。

基于Andrew W.Jenike的理论：散状固体的重力流，公报108，犹他大学(1961)，已经知道如何设计限定为整体流(mass-flow)和漏斗流(funnel-flow)的流型。

料仓通常包括平行分段和收敛分段(料斗)。通过将料仓的平行分段借助于内壁分成若干个腔室，然后一个接一个地将它们填充并同时将它们排空(根据整体流原理)，将实现混合/均匀化。通常，这种料仓可被称为重力混合器(gravimetric mixer)。

为了解释这一概念，最简单的方式是通过实例来说明其如何工作。假想300个样本从进入料仓的所述流中在时间上等分地被采集。在此平均数：算术平均(Average)和标准差(S_tot)则被计算出，给出了进入材料随时间的变化，参见表1。如果表1中的样本被填充至常规的整体流料仓(没有内部腔室)内然后被排出，由在表2中的S_tot所描述的变化(标准差)将会是相同的。

表1输入样本的实例

表2关于均匀化计算的实例

为描述料仓中的重力混合的作用，人们可将上述料仓理论上分成例如10个腔室。这些腔室被一个接一个地填充有如表1中的相同的材料，并且新腔室对于每30个样本开始填满。

当材料从料仓的出口移除时，与之前实例中的漏斗流相对照，由于整体流原理的原因，所有的腔室将平行地或同时地排空。在不同腔室中的样本将彼此混合。如果在排出期间采集30个样本，第一样本理想地将为表1中的样本1、31、61...和271的平均值，第二样本理想地将为表2中的样本2、32、62...和272的平均值，诸如此类。排出后的标准差则将在表3中给出。

表3当在料仓中使用若干个腔室时关于均匀化的计算的实例

30个第一样本被填入表的第一列，接下来的30个在第二列，诸如此类。在排出期间采集的30个样本将给出通过最后一列所示出的样本，即算术平均，其为被分配到10个腔室中的对应样本的对应数值的平均数。

如从表1和3清楚地看出的那样，填充的样本的标准差S_tot远大于在排出期间收集的样本的标准差S_tot2。在这种情形下，从填充到由均匀化料仓排出使标准差降低了68％。这可被理论地表示为，包括N个腔室的均匀化料仓平均起来从填充到排出标准差降低N的平方根的因数。

这意味着均匀化效果在腔室数目增加的情况下得到改进，但随着腔室数目的增加，额外腔室的作用渐近地减小。