CS205389B1

CS205389B1 - Ceramic materialfor aluminium manufacture electrolyzers

Info

Publication number: CS205389B1
Application number: CS275078A
Authority: CS
Inventors: Zdenek Panek; Vladimir Daenek
Original assignee: Zdenek Panek; Vladimir Daenek
Priority date: 1978-04-28
Filing date: 1978-04-28
Publication date: 1981-05-29

Description

Vynález aa týká keramickéj hmoty pre elektrolyzéry na výrobu hliníka elektrolýzou chloridových tavenín.The invention aa relates to a ceramic mass for electrolysers for the production of aluminum by the electrolysis of chloride melts.

Vzhladom na stále sa znižujúce celosvětové zásoby bauxitu sa výskům v oblasti elektrolytické j výroby hliníka zameriava na chloridová elektrolýzu, ktorá umožňuje využitie menej hodnotných hlinitých surovin. Táto nová technologie je založená na elektrolýze chloridu hlinitého rozpuštěného v zmesi chloridov alkalických kovov. Medzi přednosti tohto spósobu výroby oproti doterajšiemu patři znížená spotřeba elektrickej energie, malé znečistenie ovzdušia a nižšie nároky na obsluhu zariadenia. Elektrolyzér sa skládá z ocelového plášťa vymurovaného teplotně izolujúcim a nevodivým žiarúvzdorným materiálem, ktorý by odolával korozívnemu účinku elektrolytu. Potřeba korozívne vysoko odolného žiaruvzdorného materiálu vyplývá z požiadavky velmi nízkej koncentrácie nečistót v elektrolyte, nejmS kysličníkov a hydroxidov, ktoré podliehajú elektródovej reakcii a vedú k zvýšenému opotřebovanou anod a tým k zníženiu životnosti elektrolyzéra. Vyzrážanie nerozpustných oxyehloridov vedie k tvorbě kalu, ktorý sťažuje obsluhu zariadenia. Z literatúry nie je známe zloženie materiálu, použitého na vymurovanie elektrolyzéra. Předpokládá sa, že ide o materiál na báze nitridu kremíka, ktorého použitie je však ekonomicky nevýhodné.Given the ever-decreasing global reserves of bauxite, the focuses on aluminum electrolytic production are focused on chloride electrolysis, which allows the use of less valuable aluminum raw materials. This new technology is based on the electrolysis of aluminum chloride dissolved in a mixture of alkali metal chlorides. The advantages of this method of production compared to the previous one are reduced electricity consumption, low air pollution and lower demands on equipment operation. The electrolyzer consists of a steel sheath coated with a heat-insulating and non-conductive refractory material that would withstand the corrosive effect of the electrolyte. The need for a corrosion-resistant refractory material results from the requirement for very low levels of electrolyte impurities, in particular oxides and hydroxides, which undergo an electrode reaction and lead to increased wear and tear anodes and thus to a decrease in the life of the electrolyzer. The precipitation of insoluble oxyehlorides leads to the formation of sludge which makes it difficult for the operator to operate. It is not known from the literature on the composition of the material used for the electrolysis cell. It is believed to be a silicon nitride based material, but its use is economically disadvantageous.

Uvedené nedostatky odstraňuje keramická hmota podlá vynálezu na výmurovku elektrolyzéra, ktorej podstata spočívá v tom, že pozostáva z tuhého roztoku, kysličníka chromíté ho s obsahom 0 až 90 hmotnostných % kysličníka hlinitého, s výhodou 60 hmotnostných % kyslič205 389The above-mentioned drawbacks are remedied by the ceramic mass according to the invention for the lining of an electrolyser, which consists of a solid solution of chromium oxide containing 0 to 90% by weight of alumina, preferably 60% by weight of oxygen205 389

205 389 nixa cnromitého a 40 hmotnostných % kysličníka hlinitého. Keramická hmota mfiže byť připravená aj z čistého kysličníka chromitého. . .205 389 nixa of chromium and 40% by weight of alumina. The ceramic mass can also be prepared from pure chromic oxide. . .

Použitie tohto materiálu umožňuje dosiahnuť dostatočne dlhú Životnost výmurovky elektrolyzéra pri pracovnej teplote 700 až 750 °C v dfisledku jeho vznikajúcej koróznej odolnosti voči taveninám. Jeho dobrá korózna odolnost sa zachovává aj pri použití eloktrolytov s prídavkom fluoridov. Korózna odolnost keramických materiálov voči chloridovým taveninám obsahujúcich chlorid hlinitý sa ověřila skúškami a porovnala sa s koróznou odolnosťou nitridu kremíka Si^N^. Na skúšobnom teliesku z nitridu kremíka sa pozorovali stopy korózneho nepadnutia v rovnakom rozsahu ako u skúSobných teliesok z keramickej hmoty podl’a vynálezu. Výhoda navrhovaného materiálu spočívá predovšetkým v tom, že je oenovo i výrobně dostupnější ako doteraz používaný materiál. Spracovanie navrhovaného materiálu do vhodnej formy je možné známými keramickými technologiemi. Okrem navrhovanej aplikácie pri výrobě hliníka chloridovou elektrolýzou sa mfiže uvedený materiál použit ako konátrukčný prvok v prostředí náročnom z hladiska korózie při vysokých teplotách.The use of this material makes it possible to achieve a sufficiently long lifetime of the lining of the electrolyser at an operating temperature of 700 to 750 ° C due to its emerging corrosion resistance to the melt. Its good corrosion resistance is also maintained when using fluoride-added electrolytes. The corrosion resistance of aluminum chloride-containing ceramic melt materials was verified by testing and compared to the corrosion resistance of SiNN. Traces of corrosion failure were observed to the same extent on the silicon nitride test specimen to the same extent as the ceramic test specimens of the invention. The advantage of the proposed material lies mainly in the fact that it is more affordable than the material used so far. Processing of the proposed material into a suitable form is possible by known ceramic technologies. In addition to the proposed application in aluminum production by chloride electrolysis, said material can be used as a construction element in a high temperature corrosive environment.

Příklad 1Example 1

Keramická hmota podlá vynálezu sa skládá z 10*hmotnostných % kysličníka chromitého a 90 hmotnostných % kysličníka hlinitého. Hmota sa připravila tak, že sa odpařením roztoku dusičnanu chromitého a dusičnanu hlinitého a teplotným rozkladom vzniklého prášku pri teplote 900 °C připravil prekurzor, z ktorého sa lisováním a spekaním při teplote 1000 °C připravili skúšobné telieska. Korózna odolnosť keramického materiálu podlá vynálezu sa ověřila sledováním hmotnostných úbytkov skúšobných teliesok po ich expozícii v elektrolyte o zložení 45 hmotnostných % chloridu sodného, 50 hmotnostných % chloridu draselného a 5 hmotnostných % chloridu hlinitého po dobu 200 hodin pri teplote 700 °C. Hmotnostný úbytok skúšobného telieska je menší ako 0,1 %·The ceramic mass according to the invention consists of 10% by weight of chromium oxide and 90% by weight of alumina. The mass was prepared by preparing a precursor by evaporating a solution of chromium nitrate and aluminum nitrate and thermal decomposition of the resulting powder at 900 ° C, from which test specimens were prepared by pressing and sintering at 1000 ° C. The corrosion resistance of the ceramic material according to the invention was verified by monitoring the weight loss of the test specimens after exposure to an electrolyte of 45% by weight sodium chloride, 50% by weight potassium chloride and 5% by weight aluminum chloride for 200 hours at 700 ° C. Weight loss of test specimen less than 0.1% ·

Příklad 2Example 2

Keramická hmota podlá vynálezu se skládá z 60 hmotnostných % kysličníka chromitého a 40 hmotnostných % kysličníka hlinitého. Hmota sa připravila a korózna odolnoať sa ověřila ako v příklade 1. Hmotnostný úbytok sa nepozoroval. Pri mirkoskopickom pozorovaní skúšobné teliesko nejeví známky korózneho napadnutia.The ceramic mass according to the invention consists of 60% by weight of chromium oxide and 40% by weight of alumina. The mass was prepared and the corrosion resistance was verified as in Example 1. No weight loss was observed. In the microscopic observation, the specimen does not show any signs of corrosion.

Příklad 3Example 3

Keramická hmota podlá vynálezu sa skládá z 90 hmotnostných % kysličníka chromitého a 10 hmotnostných % kysličníka hlinitého. Hmota sa připravila a korózna odolnosť sa ověřila ako v příklade 1. Hmotnostný úbytok skúšobného telieska je menší ako 0,1 %.The ceramic mass according to the invention consists of 90% by weight of chromium oxide and 10% by weight of alumina. The mass was prepared and the corrosion resistance was verified as in Example 1. The weight loss of the test specimen was less than 0.1%.

Příklad 4Example 4

Keramická hmotu podlá vynálezu tvoří jediná zložka, a to kysličník chromitý. Hmota sa připravila a korózna odolnosť sa ověřila ako v příklade 1. Hmotnostný úbytok skúšobného telieska je menší ako 0,1 %.The ceramic mass according to the invention consists of a single component, chromium oxide. The mass was prepared and the corrosion resistance was verified as in Example 1. The weight loss of the test specimen was less than 0.1%.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

Ceramic mass for aluminum production electrolysers, characterized in that it consists of a dense ceramic material consisting of chromium trioxide or a solid solution thereof in alumina, the content of alumina being up to 90% by weight.