AT164494B - Durch einen Schutzmantel aus Aluminium gegen Abbrand geschützte negative Graphitelektrode für nach dem Dreischichtenverfahren arbeitende Aluminiumraffinationsöfen - Google Patents

Description

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    Durch einen Schutzmantel aus Aluminium gegen Abbrand geschützte negative Graphitelektrode für nach dem Dreischichtenverfahren arbeitende Aluminiumraffinationsöfen   
Zum Reinigen von Aluminium sind mehrere Verfahren bekannt, bei denen das Metall aus Hüttenaluminium, einer Aluminiumlegierung oder einer anderen Kombination mit anderen Metallen elektrolytisch entfernt und kathodisch in reiner Form abgeschieden wird. Nach einem dieser Verfahren wird mit drei übereinander liegenden Schichten gearbeitet, von denen das zu reinigende Aluminium die unterste Schicht als geschmolzene Anodenschicht bildet, während das gereinigte Aluminium die oberste Schicht als flüssige Kathodenschicht darstellt. Beide Schichten sind durch den Elektrolyt voneinander getrennt. Das zu reinigende Aluminium (das z.

   B. gewöhnliches Hüttenaluminium oder eine Aluminiumlegierung sein kann) muss in diesem Fall mit einem Schwermetall (z. B. Kupfer, Nickel, Silber) oder einer Mischung von Schwermetallen in einem solchen Verhältnis legiert sein, dass es schwerer ist als der Elektrolyt. Der Elektrolyt seinerseits muss schwerer sein als das die oberste Schicht bildende, gereinigte Aluminium. 



   Dieses Verfahren ist in der Fachliteratur 
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 Aluminiums","Das Hoopes-Verfahren"von Prof. Dr. von Zeerleder. 



   Üblicherweise werden bei den Aluminium-   Raffinationsöfen   für die negative Stromzuführung Graphitelektroden benutzt, die in die obere Schicht, d. h. die abgeschiedene Schicht aus raffiniertem Aluminium, so weit eintauchen, dass eine leitende Verbindung entsteht. Im Gegensatz zu den bei den Aluminium-Herstellungs-Öfen als Anoden dienenden Elektroden nehmen diese Elektroden am Raffinationsvorgang chemisch nicht teil.   Bekanntlich 1 dienen   die Anoden bei der elektrolytischen Herstellung von Aluminium im Schmelzfluss nicht nur als Stromzuleitungen, sondern auch als Depolarisatoren, indem sich ihr Kohlenstoff mit dem entwickelten Sauerstoff verbindet. Da an den kathodischen Stromzuführungselektroden bei der Aluminiumraffination kein solcher Vorgang stattfindet, werden diese theoretisch nicht verbraucht.

   Im praktischen Betrieb tritt jedoch an den nicht in das flüssige Metall eintauchenden Stellen der Elektroden, hauptsächlich in der Nähe des
Metallspiegels, infolge der Einwirkung des Luft- sauerstoffes trotzdem ein Verlust auf, dessen
Grösse von der angewendeten Betriebstemperatur und von der Güte der Elektrodenmasse abhängt. 



   Arbeitet man z. B. mit hochreinen Graphit- elektroden bei 740  Badetemperatur, so liegt dieser Verlust in der Grössenordnung von   10-15     gr/kg   raffinieren Aluminiums. Bei billigeren, weniger guten Elektrodenmassen ist der Verlust grösser. Um diesen Abbrandverlust herabzusetzen, hat man bereits vorgeschlagen, die Elektroden durch Aufbringen von minerali- schen Schutzschichten zu schützen. In ähnlicher
Weise sollen Kohleelektroden von elektrischen
Lichtbogenöfen zum Schmelzen von Stahl u. dgl. mit mineralischen Schutzstoffen überzogen werden. Solche Überzüge bleiben jedoch nicht dicht ; sie werden rissig und springen leicht ab, so dass der Luftsauerstoff stellenweise doch Zutritt erhält und einen unerwünschten Abbrand verursacht. Andererseits hat man vorgesehen, die Elektrode mit einem metallischen Schutzmantel zu umgeben.

   Nach einem bekannten Vorschlag soll der Schutzmantel in Vertiefungen der Elektrode eingepresst werden. Solche Schutzmäntel sind für sich allein bei   Al-Raffinations-   öfen unwirksam, selbst wenn sie in Vertiefungen der Elektrode eingepresst sind, denn infolge des grossen Unterschiedes zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Aluminiums (ein solcher Schutzmantel muss bei der Aluminiumraffination aus Reinaluminium bestehen) und demjenigen des Graphits würden nach Einsetzen in den Ofen Zwischenräume zwischen Mantel und Elektrode entstehen, so dass der Luftsauerstoff von der Elektrodenoberfläche nicht mehr ferngehalten wäre. Haben zudem die Vertiefungen die Form von Längsrillen, so würden darüber hinaus die Zwischenräume eine Kaminwirkung ausüben und den Abbrand noch beschleunigen. 



   Erfindungsgemäss werden die negativen   Graphitelektroden   für nach dem Dreischichtenverfahren arbeitende Aluminiumraffinationsöfen gegen Abbrand dadurch geschützt, dass man sie 

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 mit einer Schutzschicht aus chemischen Ver- bindungen versieht, deren Anwendung praktisch keine nachweisbare Verunreinigung des katho- disch abgeschiedenen Metalles verursacht, und über diese Schutzschicht einen Schutzmantel aus Aluminium anbringt, der an den oberen Teil der Elektrode praktisch luftdicht angedrückt ist. 



   Durch das luftdichte Andrücken des Mantels an den oberen Teil der Elektrode werden Luft- ströme zwischen Mantel und Elektrode unter- bunden, die sonst unvermeidlich sind, wenn infolge der verschiedenen Wärmeausdehnungen zwischen Aluminiummantel und Graphitelektrode
Luftkanäle entstehen. Schon durch die ge- schilderte Anbringung des Mantels wird die
Abzunderung wesentlich herabgesetzt, aber der angestrebte Erfolg wird durch das Überziehen der Elektroden mit einer Schicht von solchen chemischen Verbindungen, deren Anwendung das kathodisch abgeschiedene Aluminium prak- tisch nicht verunreinigt, noch sicherer her- beigeführt. Die Wirkung der Anstrichmasse ist eine Folge der unmittelbaren Bedeckung der Elektrodenoberfläche und der selbsttätigen
Verstopfung etwa auftretender Luftkanäle.

   Es kommen vor allem Verbindungen der Erdalkaliund der Erdmetalle sowie des Magnesiums in Betracht, u. zw. vor allem Oxyde, Hydroxyde, Karbonate, Sulfate, Borate und Phosphate. Zum Teil zersetzen sich diese Verbindungen in der Hitze und verwandeln sich in andere Verbindungen, die auch die gewünschte Schutzwirkung ausüben ; so werden die Hydroxyde in Oxyde verwandelt. 



  Es können auch Kalzium-oder Magnesiumaluminate in Frage kommen sowie z. B. MagnesiaMagnesiumsalz-Zemente. 



   Die genannten Verbindungen werden zweckmässig in Form von Aufschlämmungen, vorzugsweise in Wasser, aufgespritzt oder aufgestrichen. Dicke Kalkmilch bzw. Kalkbrei genügender Reinheit ist besonders zu empfehlen, vor allem wegen des niedrigen Preises. Die Schutzschicht wird mindestens an den gefährdeten Stellen, also in erster Linie an den Seitenflächen, vor dem Aufbringen des Schutzmantels aufgetragen. Da die verwendeten Verbindungen im trockenen Zustand den elektrischen Strom nicht leiten, bietet sich die Möglichkeit, die zur Herabsetzung der Abzunderung aufgebrachte Schutzschicht auch als elektrische Isolation zwischen Elektrode und Aluminiummantel zu benützen, so dass praktisch der gesamte Elektrolysestrom durch die Graphitelektrode hindurchgehen muss. 



   Im allgemeinen soll der Aluminiumschutzmantel eine Dicke von etwa 4-7 mm besitzen. 



  Am besten bewährt haben sich Schutzmäntel von 5-6 mm Stärke. Betragen nämlich die Wandstärken weniger als 4 mm, so besteht die Gefahr, dass der Mantel zu weit, nämlich bis einige Zentimeter über die Badoberfläche abschmilzt, so dass dann an den freigelegten Stellen doch Luft zutreten und eine Verzunderung stattfinden kann. Übersteigt aber die Wand- 
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 bei Elektroden üblicher Grösse, d. h. mit einem Durchmesser von etwa 200-300 mm, die Wärmeverluste so stark, dass die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens beeinträchtigt wird. 



   Bei Verwendung von Aluminiummänteln muss möglichst reines Aluminium, vorzugsweise elektrolytisch raffiniertes Aluminium, benutzt werden, damit das Kathodenmetall, in das die Elektroden mit ihren unteren Enden eintauchen, nicht verunreinigt wird. 



   Es wurde festgestellt, dass der Elektrodenverbrauch durch die kombinierte Anwendung von oben praktisch luftdicht abgeschlossenen Aluminiummänteln und Kalkanstrichen etwa auf die Hälfte des angegebenen Betrages herabgesetzt werden kann. Ferner hat sich gezeigt, dass dadurch der untere Teil des Aluminiummantels noch weniger abschmilzt und dass dieser aus diesem Grunde stets bis dicht an den Metallspiegel heranreicht. 



   Die Fig. 1 und 2 zeigen zwei Möglichkeiten zum praktisch luftdichten Andrücken des Aluminiummantels an den oberen Teil der Elektrode. Der Schutzanstrich ist nicht eingezeichnet.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 wird der Stromanschluss an die Elektrode a mittels einer Schelle c bewirkt, die teilweise über das in die Elektrode eingelassene Ende d des Schutzmantels b fasst und so dieses gegen die Elektrode 
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