DD295878A5 - Method for producing a Söderberg electrode - Google Patents

Method for producing a Söderberg electrode

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Soederberg-Elektrode, bei dem eine Zulaufzusammensetzung aus harzbeschichteten kohlenstoffhaltigen Teilchen durch drei Zonen fuer die Bildung der Soederberg-Elektrode hindurchgeleitet wird, wobei eine Zone eine Brennzone und eine Zone eine elektrodenbildende und Verbrauchszone ist. Erfindungsgemaesz wird als Zulaufzusammensetzung eine Mischung aus harzbeschichtetem, kohlenstoffhaltigem Aggregat, Weichmacher mit einem Siedepunkt von mindestens 200C und einem Anteil von 0-5% und Hexamethylentetramin verwendet, wobei das harzbeschichtete, kohlenstoffhaltige Aggregat ein Novolakphenolharz einschlieszt, das auf Teilchen eines kohlenstoffhaltigen Teilchenaggregats aufgebracht ist. Der Restverkokungswert der verwendeten Zulaufzusammensetzung ist mindestens so hoch wie der bevorzugte Mindestverkokungswert traditioneller, auf Kohlenteerpechbinder basierender Soederberg-Massen.{Verfahren; Herstellung; Soederberg-Elektrode; Zulaufzusammensetzung; harzbeschichtete, kohlenstoffhaltige Teilchen; kohlenstoffhaltiges Aggregat; Weichmacher; Hexamethylentetramin; Novolakphenolharz}The invention relates to a process for producing a Soederberg electrode in which a feed composition of resin-coated carbonaceous particles is passed through three zones for the formation of the Soederberg electrode, one zone being a firing zone and one zone being an electrode forming and consuming zone. According to the invention, the feed composition used is a mixture of resin-coated carbonaceous aggregate, plasticizer having a boiling point of at least 200C and a proportion of 0-5% and hexamethylenetetramine, the resin-coated carbonaceous aggregate including a novolak phenolic resin coated on carbonaceous particle aggregate particles. The residual coking value of the feed composition used is at least as high as the preferred minimum coking value of traditional coal tar pitch based Soederberg compositions. manufacture; Soderberg electrode; Feed composition; resin-coated carbonaceous particles; carbonaceous aggregate; plasticizers; hexamethylenetetramine; novolak}

Description

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Anfang des 19. Jahrhunderts wurde von Soderberg ein Verfahren zur Herstellung einer Dauerkohleelektrode entwickelt. Das danach benannte Söderberg-Verfahren produziert eine selbstbrennende oder Dauerelektrode, die kontinuierlich aus einer Weichkohlemischung gebildet wird, welche in demselben Ofen gebrannt wird, in dem sie verwendet wird.At the beginning of the 19th century, Soderberg developed a process for producing a continuous carbon electrode. The Söderberg process, named after that, produces a self-burning or permanent electrode formed continuously from a soft coal mixture which is fired in the same furnace in which it is used.

Das Söderberg-Verfahren ist ein kontinuierliches Verfahren, das den Zusatz einer Masse zum oberen Ende der Einrichtung zur Elektrodenherstellung einschließt. Diese Masse ist eine Mischung aus einem kohlenstoffhaltigen Aggregat und einem Pechbinder. Die Masse ist beweglich genug, um das Temperaturgefälle zu durchlaufen. Die Temperatur steigt, wenn sich die Masse dem Bereich der elektrolytischen Zelle nähert. Während dieser Wanderung setzt normalerweise das Aushärten der Masse zu einer Art Gel oder Gallert mit Verlust flüchtiger Substanzen ein, wobei die Masse Thermoplastizität beibehält, während die Fließfähigkeit nicht hoch genug ist, um starken Überlauf der Masse zu verursachen. Die bewegte Masse nähert sich dann der Verbrauchszone, wo sie durch Verdichtung und Graphitieren des Binders bei Einwirkung der Betriebstemperaturen der elektrolytischen Zelle hart wird und die vollständige Form der Elektrode annimmt. Die Elektrode wird in der Zelle nicht nur gebraucht, sondern ständig verbraucht (aufgezehrt).The Söderberg process is a continuous process that involves the addition of a mass to the top of the electrode fabrication facility. This mass is a mixture of a carbonaceous aggregate and a pitch binder. The mass is mobile enough to go through the temperature gradient. The temperature increases as the mass approaches the region of the electrolytic cell. During this migration, the hardening of the mass normally results in some sort of gel or jelly with loss of volatiles, the mass retaining thermoplasticity while the flowability is not high enough to cause excessive overflow of the mass. The agitated mass then approaches the consumption zone, where it becomes hard by compaction and graphitization of the binder under the action of the operating temperatures of the electrolytic cell and assumes the complete shape of the electrode. The electrode is not only used in the cell, but constantly consumed (consumed).

Die Einrichtung für die Herstellung einer Söderberg-Elektrode besteht aus einem gerippten Zylinder aus Dünnblech, in den die Elektrodenmasse gefüllt wird. Auf dieser Weise wird das obere Ende der Einrichtung mit Rohmasse gefüllt. Die gebildete Elektrode, die aus dem unteren Ende der Söderberg-Einrichtung vorsteht, wird in dem Ofen kontinuierlich verbraucht. Die Einrichtung wird von Zeit zu Zeit in Betrieb gesetzt, so daß die in der Einrichtung gebildete Elektrode nach unten tropfen kann, um die verbrauchte Elektrodenmenge zu ersetzen. Dadurch kann die Masse im oberen Ende der Einrichtung nach unten tropfen. Während dieses Vorgangs tropft die Masse durch eine Zone steigender Temperatur und wird durch die Wärme des Ofens gebrannt. Das Material in der Söderberg-Einrichtung besteht somit aus einem oberen Abschnitt in Form einer bewegten Masse, einem unteren Abschnitt in Form einer gebrannten harten Elektrode und einem Zwischenabschnitt, in dem sich die Masse allmählich von einer bewegten Masse zu einer harten gebrannten Elektrode verändert. Der Einfachheit halber wird diese dreiteilige Struktur in der vorliegenden Anmeldung als Elektrode bezeichnet, obwohl, streng genommen, nur der gebrannte untere Abschnitt wie eine Elektrode funktioniert.The device for producing a Söderberg electrode consists of a ribbed cylinder made of thin sheet into which the electrode mass is filled. In this way, the top of the device is filled with raw material. The formed electrode projecting from the lower end of the Söderberg device is continuously consumed in the furnace. The device is operated from time to time so that the electrode formed in the device can drip down to replace the amount of electrode consumed. This can cause the mass in the upper end of the device to drip down. During this process, the mass drips through a zone of increasing temperature and is burned by the heat of the furnace. The material in the Söderberg device thus consists of an upper section in the form of a moving mass, a lower section in the form of a fired hard electrode and an intermediate section in which the mass gradually changes from a moving mass to a hard fired electrode. For the sake of simplicity, this three-part structure in the present application is referred to as an electrode, although, strictly speaking, only the fired lower portion functions like an electrode.

Derzylindrische Behälterteil der Söderberg-Einrichtung entspricht im allgemeinen dem wassergekühlten Aufnahmetyp. Er ist so konstruiert, daß sich die Elektrode allmählich mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit bewegen und von Zeit zu Zeit nach unten rutschen kann, so daß ungebrannte Abschnitte der Masse bei ihrer Annäherung an die Zone der heißen elektrolytischen Zelle auf immer höhere Temperaturen gebracht werden. Das Rutschen wird durch Lockern der Spannung der Halte- oder Aufnahmevorrichtung, bis die Elektrode durch ihre Eigenmasse nach unten rutscht, bewirkt. Dieses Manipulieren der Elektrode kann von einer Stelle aus geschehen, die in einiger Entfernung zum Ofen liegt. Das Rutschen der Elektrode geschieht normalerweise unter Vollast. Der Betrieb der Elektrode wird während des ganzen Prozesses aufrechterhalten, so daß weiter Strom durch die Elektrode fließt. Der elektrische Kontakt wird mittels eines Schleif- oder Gleitkontaktes zwischen der Haltevorrichtung und dem Elektrodengehäuse aufrechterhalten.The cylindrical container part of the Söderberg device corresponds generally to the water-cooled type of intake. It is designed so that the electrode can gradually move at a predetermined rate and slide down from time to time so that unfired portions of the mass are brought to ever higher temperatures as they approach the zone of hot electrolytic cell. The slippage is effected by loosening the tension of the holding or receiving device until the electrode slips down by its own weight. This manipulation of the electrode can be done from a location that is some distance from the oven. The slide of the electrode usually happens under full load. The operation of the electrode is maintained throughout the process so that further current flows through the electrode. The electrical contact is maintained by means of a sliding or sliding contact between the holding device and the electrode housing.

In dieser Technik wird der Terminus „Anode" verwendet, wenn die gebrannte Kohle- oder Graphitelektrode als eine Anode in einer realen Elektrolyse, z.B. in der AIu miniumherstellu ng, oder in der Soleelektrolyse verwendet wird; der Terminus „Elektrode" bezieht sich auf einen allgemein ähnlichen Artikel für eine Anwendung, in der die Funktion vorwiegend aus dem Führen von elektrischem Strom besteht.In this technique, the term "anode" is used when the fired carbon or graphite electrode is used as an anode in a real electrolysis, for example, in aluminum production, or in brine electrolysis, and the term "electrode" refers to one in general similar article for an application in which the function consists mainly of the passage of electricity.

Die Geschwindigkeit, mit der eine Söderberg-Elektrode verbraucht wird, ist von dem speziellen Anwendungszweck, für den sie eingesetzt wird, abhängig. In Öfen für die Produktion von Calciumkarbid und Ferrolegierungen kann die Vorschubgeschwindigkeit z. B. im Bereich von etwa 4 Zoll bis etwa 20 Zoll pro Tag liegen. Die Stoffe, die in der Herstellung einer Söderberg-Elektrode verwendet werden, bestehen im allgemeinen aus kalziniertem Anthrazit, allein oder mit kalziniertem Petrolkoks, und einem mittelharten Pech (Mittelpech).The speed at which a Soderberg electrode is consumed depends on the particular application for which it is used. In ovens for the production of calcium carbide and ferroalloys, the feed rate z. In the range of about 4 inches to about 20 inches per day. The materials used in the manufacture of a Söderberg electrode generally consist of calcined anthracite, alone or with calcined petroleum coke, and a medium hard pitch (middle pitch).

Söderberg-Elektroden werden in mehreren verschiedenen Anwendungen verwendet. In der elektrolytischen Produktion von Aluminium werden die Anoden vorwiegend durch den Vorbrennprozeß hergestellt. Nach wie vor wird jedoch das Söderberg-Verfahren in der ganzen Welt überwiegend in der Aluminiumherstellung angewendet. Die Anodenmasse wird-gewöhnlich auf Petrolkoksbasis hergestellt.Söderberg electrodes are used in several different applications. In the electrolytic production of aluminum, the anodes are predominantly produced by the pre-firing process. However, the Söderberg process is still widely used throughout the world in aluminum production. The anode mass is usually prepared based on petroleum coke.

Das Söderberg-Verfahren kann auch für die Herstellung von Elektroden für den Einsatz in Elektroofen angewendet werden. Dabei handelt es sich im allgemeinen um künstliche Graphitelektroden. Die Masse für solche Elektroden wird aus aschearmer Kohle oder Petrolkoks hergestellt. Diese Stoffe werden zerkleinert und kalziniert, um flüchtige Substanzen zu entziehen und dann mit Teer oder Pech als Binder gemischt. Die entstehende Masse kann dann im Söderberg-Verfahren für die Herstellung der gewünschten Elektrode verwendet oder, alternativ, geformt oder extrudiert oder gepreßt werden, um eine Rohelektrode zu produzieren, die gebrannt, dann gereinigt und so verwendet oder auf eine gewünschte Form für einen spezifischen Verwendungszweck bearbeitet wird. Im Vergleich zu den vorgebrannten Elektroden haben die so hergestellten Elektroden hinsichtlich ihrer Dichten, Plastizität, elektrischen Eigenschaften und dgl. im allgemeinen eine geringere Gebrauchsleistung. Söderberg-Elektroden werden grundsätzlich in der Aluminiumreduktion, der Calciumkarbidproduktion, der Produktion von Elektroroheisen, der Verarbeitung von armem Kupferstein und anderer Eisenlegierungen und in Verhüttungsverfahren eingesetzt. Sie werden auch in der Phosphorherstellung verwendet.The Söderberg process can also be used for the production of electrodes for use in electric furnaces. These are generally artificial graphite electrodes. The mass for such electrodes is made of low ash coal or petroleum coke. These substances are crushed and calcined to remove volatiles and then mixed with tar or pitch as a binder. The resulting mass can then be used in the Söderberg process for the preparation of the desired electrode or, alternatively, molded or extruded or pressed to produce a raw electrode which is fired, then cleaned and so used or to a desired shape for a specific use is processed. In comparison with the prefired electrodes, the electrodes thus produced generally have a lower performance in terms of their densities, plasticity, electrical properties and the like. Söderberg electrodes are generally used in aluminum reduction, calcium carbide production, the production of electric iron, the processing of poor copper and other iron alloys and in smelting processes. They are also used in phosphor production.

Der Gehalt der Rohfüllstoffe, aus denen Söderberg-Elektroden hergestellt werden, an flüchtigen Substanzen kann im Bereich von 5% bis 15% liegen. Für Petrolkoks sind 10% typisch. In der Kalzinierung werden Kohlenwasserstoffe entzogen, und der Koks macht eine Volumenschrumpfung durch, was einen Dichteanstieg zur Folge hat. Der Masseverlust kann 25% oder mehr betragen. Wenn der Rohstoff nicht kalziniert wird, finden die Freisetzung flüchtiger Substanzen und die Schrumpfung während der Elektrodenbildung statt und können zu gerissenen Strukturen führen.The content of volatile raw materials from which Söderberg electrodes are made may range from 5% to 15%. For petroleum coke, 10% is typical. In the calcination, hydrocarbons are removed and the coke undergoes volumetric shrinkage, resulting in a density increase. The mass loss can be 25% or more. If the raw material is not calcined, the release of volatiles and shrinkage occur during electrode formation and can lead to cracked structures.

In einem Söderberg-Verfahren, das zur Zeit angewendet wird, wird die Elektrodenmasse aus elektrisch kalziniertem Anthrazit mit Kohlenteerpech und Anthracenöl als Binder hergestellt. Im Aufbau der Masse beläuft sich der kalzinierte Anthrazit normalerweise auf etwa 65 bis etwa 70Ma.-% der Elektrodenmasse, wobei der Rest aus dem Kohlenteerpech und dem Anthracenöl besteht.In a Söderberg process which is currently in use, the electrode composition is prepared from electrically calcined anthracite with coal tar pitch and anthracene oil as a binder. In the composition of the composition, the calcined anthracite normally amounts to about 65 to about 70% by mass of the electrode composition, with the remainder being coal tar pitch and anthracene oil.

In Bindern im Söderberg-Verfahren werden allgemein Kohlenteerpechanteile von 30% bis 35%, bezogen auf die Masse der Elektrodenmasse, verwendet. Ein so hoher Pechgehalt führt zu übermäßiger Rauchentwicklung und zu einem Verlust flüchtiger Substanzen, was wiederum zu Elektroden mit geringer Intensität führt. Außerdem steht Kohlenteerpech unter starkem Umweltdruck und wird einer genauen Prüfung auf krebserregende Eigenschaften unterzogen, die flüchtigen Bestandteile, wie z. B. „Pyren", zugeschrieben werden. Die Entwicklung dieser Bestandteile spielt im Söderberg-Verfahren eine dominierende Rolle, was vor allem auf die starke Einwirkung solcher Dämpfe im Söderberg-Verfahren auf die Arbeitskräfte zurückzuführen ist.In binders in the Söderberg process, coal tar pitches of 30% to 35%, based on the mass of the electrode mass, are generally used. Such high pitch levels lead to excessive smoke and loss of volatiles, which in turn results in low intensity electrodes. In addition, coal tar pitch is under severe environmental pressure and is subject to a close examination for carcinogenic properties which may cause volatiles, e.g. The development of these components plays a dominant role in the Söderberg process, which is mainly due to the strong impact of such vapors in the Söderberg process on the workforce.

Betriebe, die das Söderberg-Verfahren anwenden, stehen daher unter starkem Druck, aufwendige und unerschwingliche Umweltschutzmaßnahmen einzuführen, auf Alternativ/verfahren, wie z.B. das „Verfahren der vorgebrannten Elektrode" zurückzugreifen, das zusätzliche Kapitalinvestitionen, kostspielige neue Ausrüstung und Umrüstung verlangt, oder auf umweltsichere Bindersysteme zurückzugreifen, während der Kohle(nstoff)ausnutzungsgrad der Binderelektrode nicht geopfert wird. Diese Nachteile haben dazu geführt, daß das Söderberg-Verfahren nicht mehr begünstigt wird. Selbst bei vorgebrannten Elektroden gibt es jedoch Nachteile, wie 2. B. Porosität, die ein großes Problem darstellt, das strikte Kontrollen erfordert, um Oxidation zu vermeiden und die Kohle(nstoff)nutzung zu maximieren.Companies applying the Söderberg process are therefore under great pressure to introduce costly and prohibitive environmental protection measures, alternative / methods such as. resorting to the "prebaked electrode process" which requires additional capital investment, costly new equipment and refitting, or resorting to environmentally safe binder systems while not sacrificing the carbon utilization rate of the binder electrode, These disadvantages have led to the Söderberg process However, even with pre-fired electrodes, there are disadvantages, such as porosity, which is a major problem requiring strict controls to avoid oxidation and to maximize coal (us) utilization.

Um diese Nachteile zu vermeiden, werden Furfurylalkohol und/oder Furfuralharze zur Verwendung in Pechbindern in der Herstellung von Söderberg-Elektroden vorgeschlagen. Ein Harz würde im allgemeinen nicht wie Pech in einer Masse, d.h. wie ein Opferbinder, funktionieren, ein richtig gewähltes Harz (Binder) dürfte jedoch, bei Beibehaltung der Plastizitätseigenschaften von Kohlenteerpech, auch ähnliche Restkohlenstoffwerte und eine ähnliche Struktur bei Härtung und Pyrolyse beitragen. Furfurylalkohol und Furturalharze haben im Bereich von 93°C (2000F) bis 260°C (5000F) hitzehärtbare Strukturen und mangelnde Fließfähigkeit und/oder Plastizität über diese Temperatur hinaus zur Folge. Außerdem sind Furfural- und Furfurylalkohol flüchtige Monomere, und die Dämpfe sind sowohl schädlich als auch giftig. Folglich ist die erfolgreiche Verwendung der genannten Binder in großtechnischen Anwendungen sehr begrenzt.To avoid these disadvantages, furfuryl alcohol and / or furfural resins are proposed for use in pitch binders in the manufacture of Söderberg electrodes. A resin would generally not function like pitch in a mass, ie as a sacrificial binder, but a properly selected resin (binder), while retaining the plasticity properties of coal tar pitch, would also contribute to similar residual carbon values and structure upon curing and pyrolysis. Furfuryl alcohol and Furturalharze have in the range of 93 ° C (200 0 F) to 260 ° C (500 0 F) thermosetting structures and a lack of fluidity and / or plasticity beyond this temperature result. In addition, furfural and furfuryl alcohols are volatile monomers and the vapors are both harmful and toxic. Consequently, the successful use of said binders in large scale applications is very limited.

Die Masse, die in der konventionellen Herstellung von Söderberg-Elektroden verwendet wird, kann direkt in die Elektrodeneinrichtung gegossen werden. Alternativ kann sie in Blöcke oder andere Formen für Versand und Gebrauch gegossen werden. Solche Blöcke sind bei Raumtemperatur hart und leicht zu handhaben. Wenn solche Blöcke auf etwa 1210C (250°F) erwärmt werden, wird die pastenartige Konsistenz wiederhergestellt, so daß die Ma entsprechend den Erfordernissen der Söderberg-Einrichtung leicht fließen kann.The mass used in the conventional production of Söderberg electrodes can be poured directly into the electrode device. Alternatively, it can be poured into blocks or other forms for shipping and use. Such blocks are hard at room temperature and easy to handle. If such blocks (250 ° F) are heated to about 121 0 C, the pasty consistency is restored so that the Ma can easily flow as required by the Soderberg equipment.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß das Söderberg-Verfahren zur Anodenherstellung eine alte Methode ist und heute allgemein als unwirtschaftlich gilt. Aluminiumhersteller in der ganzen Welt produzieren Aluminium in mehreren Unternehmen jedoch immer noch mit dem Söderberg-Verfahren. In Söderberg-Anoden wird Pech in einem Binderanteil von etwa 25 bis 30% verwendet, und sie werden durch Urn weltprobleme beeinträchtigt. Die Probleme liegen vorwiegend im Bereich giftiger Dämpfe, die in der Zone der elektrolytischen Zelle produziert werden. Dampf kontrolle und adäquater Schutz sind Probleme, die behandelt werden müssen. Die Industrie hat es mit zwei Alternativen zu tun: Installation von kostspieligem Umweltschutz, der erhebliche Kapitalinvestionen einschließt, oder Prüfung alternativer umweltsicherer und leistungsfähiger Binder.In summary, it can be stated that the Söderberg method for anode production is an old method and is generally considered uneconomical today. However, aluminum manufacturers around the world still produce aluminum in several companies using the Söderberg process. In Söderberg anodes, pitch is used in a binder content of about 25 to 30%, and they are affected by environmental problems. The problems are mainly in the area of toxic vapors produced in the zone of the electrolytic cell. Steam control and adequate protection are issues that need to be addressed. Industry has two alternatives: installing costly environmental protection, which involves substantial capital investment, or testing alternative environmentally safe and efficient binders.

Die Fig. 1, 2 und3 beziehen sich auf die Prüfung einer Zusammensetzung auf ihre Eignung als Zulaufzusammensetzung für eine Söderberg-Elektrode. Die Prüfung umfaßt das Formen und Pressen eines Teils einer Zusammensetzung in eine Hantelform nach ASTM-Standard, das Anordnen der Hantelprobe auf einer ebenen Fläche, das Erwärmen der Hantel unter Söderberg-Temperaturbedingungen und das Beobachten der wärmebehandelten Handel.Figures 1, 2 and 3 relate to the testing of a composition for its suitability as a feed composition for a Soderberg electrode. The test involves molding and pressing part of a composition into an ASTM standard dumbbell mold, placing the dumbbell sample on a flat surface, heating the dumbbell under Söderberg temperature conditions, and observing the heat treated trade.

Fig. 1 ist ein Diagramm einer ASTM-Handelprobe im gepreßten Ausgangszustand, die auf einer flachen Schale aufliegt. Zwei Flächen der Hantel, die aus einer geeigneten Zusammensetzung hergestellt ist, liegen auf der Schale auf. Die maximale Vertikalhöhe unter der Hantel und zwischen den zwei auf der Schale aufliegenden Flächen wird als Spalthöhe h bezeichnet. Fig. 2 ist ein Diagramm, das eine Hantel aus einer Zusammensetzung nach einer Wärmebehandlung zeigt, die keine geeignete Zusammensetzung (eine ungenügende Zusammensetzung) wäre. Die Hantel wurde der Ofenwärme ausgesetzt; nach dem Erwärmen auf Söderberg-Elektrodentemperatur ist nach wie vor eine meßbare Spalthöhe h vorhanden. Das bedeutet, daß die Hantel kein adäquates Fließen zeigte und die Masse hart wurde. Daher hätte die verwendete Zusammensetzung keine geeigneten Fließeigenschaften und sollte für die Herstellung einer Söderberg-Elektrode nicht verwendet werden.Fig. 1 is a graph of an ASTM commercial sample in the pressed initial state resting on a shallow dish. Two surfaces of the dumbbell, which is made of a suitable composition, rest on the shell. The maximum vertical height under the dumbbell and between the two surfaces lying on the shell is called the gap height h. Fig. 2 is a diagram showing a dumbbell of a composition after a heat treatment which would not be a proper composition (composition). The dumbbell was exposed to the furnace heat; after heating to Söderberg electrode temperature, a measurable gap height h is still present. This means that the dumbbell did not show adequate flow and the mass became hard. Therefore, the composition used would have no suitable flow properties and should not be used for the production of a Söderberg electrode.

Fig. 3a ist ein Diagramm, daß eine wärmebehanderte Hantel aus einer Zusammensetzung zeigt, die vermutlich eine geeignete Zusammensetzung (d. h. eine erfolgreiche Zusammensetzung) wäre. Die Hantel wurde der Ofenwärme ausgesetzt und sank oder rutschte vollständig zusammen. Ein Spalt ist nicht mehr vorhanden (h = 0). Daher hätte die verwendete Zusammensetzung geeignete Fließeigenschaften für die Herstellung einer Söderberg-Elektrode. Fig.3 b zeigt die unbehandelte Hantelprobe in realer Größe, Fig.3c die Probe nach der Behandlung (h = 0).Fig. 3a is a graph showing a heat-treated dumbbell of a composition that would presumably be a suitable composition (i.e., a successful composition). The dumbbell was exposed to the furnace heat and sank or collapsed completely. A gap is no longer present (h = 0). Therefore, the composition used would have suitable flow properties for the production of a Söderberg electrode. FIG. 3 b shows the untreated dumbbell sample in real size, FIG. 3 c shows the sample after treatment (h = 0).

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, die Mängel der bekannten Verfahren zu vermeiden.The aim of the invention is to avoid the shortcomings of the known methods.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Die Erfindung basiert auf der Verwendung einer Masse im Söderberg-Verfahren, die als Opferbinder ein Novolakphenolharz mit hohem Schmelzpunkt einschließt. Die in der praktischen Ausführung der vorliegenden Erfindung brauchbaren Harze sind Novalakharze mit Schmelzpunkte von 1000C oder höher und, vorzugsweise, im Bereich von 110°C bis 14O0C. Obwohl Harze mit niedrigerem Schmelzpunkt ausreichende Plastizität aufweisen können, sind sie als solche Harze nicht erwünscht und tragen im allgemeinen zu niedrigeren Restkohlenstoffanteilen nach Pyrolyse bei. Auch sind Harze mit niedrigerem Schmelzpunkt flüchtig (speziell die Monomer-, Dimer- und TrimerbestanciTeile) und können zu luftverunreinigenden Stoffen werden, die Umweltprobleme verursachen.The invention is based on the use of a mass in the Söderberg process, which includes as a sacrificial binder a high melting point novolak phenolic resin. The useful in the practice of the present invention resins are novolac resins with melting points of 100 0 C or higher and, preferably, in the range of 110 ° C to 14O 0 C. Although resins with lower melting point may have sufficient plasticity, they are as such resins not desirable and generally contribute to lower residual carbon levels after pyrolysis. Also, lower melting point resins are volatile (especially the monomer, dimer, and trimeric components) and can become air pollutants that cause environmental problems.

Die Verwendung von etwas Pech anstelle eines Teil des Novolakharzes im Binder wird erwogen, obwohl nicht bevorzugt. Obwohl Novolakharze in der konventionellen Phenolharzpraxis (Novolakharze sind thermoplastisch) allgemein in Verbindung mit Hexamethylentetramin (Hexa) und/oder hitzehärtbaren Phenolharzen im Α-Zustand als Härtungsmittel verwendet werden, um sie hitzehärtbar zu machen, haben solche Zusammensetzungen die Tendenz, unmittelbar nach Einwirkung von Temperaturen von 1000C und darüber zu einer sehr harten Masse auszuhärten, und besitzen keine Beweglichkeit.The use of some pitch, rather than a portion of the novolak resin in the binder, is contemplated, although not preferred. Although novolak resins in conventional phenol resin practice (novolak resins are thermoplastic) are commonly used in conjunction with hexamethylenetetramine (hexa) and / or thermosetting phenolic resins in the Α-state as curing agents to make them thermosetting, such compositions tend to have a direct effect upon exposure to temperatures from 100 0 C and above to a very hard mass to cure, and have no mobility.

Es stellte sich überraschend heraus, daß geeignete Zusammensetzungen für die Verwendung in Söderberg-Anwendungen geschaffen werden können, wenn solche Novolakharze allein verwendet und im Hinblick auf die relative Molekülmasse (Schmelzpunkt) richtig gewählt werden. Solche Zusammensetzungen liefern vergleichbare und manchmal sogar bessere Kohlenstoffanteile im Vergleich zu Kohlenteerpech. Es wurde auch festgestellt, daß einige Novolakharze mit begrenzten Hexamethylentetramin verwendet werden können und die notwendigen thermoplastischen Eigenschaften noch beibehalten. Mit geeigneten Novolakharzen mit Schmelzpunkt von über 1000C werden z. B. Restkohlenstoffwerte von mindestens 50% erreicht, wenn diese Harze unter inerten Bedingungen bis 800°C (1472°F) pyrolisiert werden. Solche Werte können mit dem zurückgehaltenen Kohlenstoffwert von pyrolisiertem Kohlenteerpech verglichen werden. Außerdem wurde festgestellt, daß die genannten Harze eine bedeutende Hochtemperaturbeweglichkeit und -plastizität in Gegenwart kleiner Mengen eines Härtungsmittels, wie z. B. Hexamethylentetramin, in Anteilen von 5% oder weniger und, vorzugsweise, von 1,5% oder weniger (auf der Basis der Masse des Novolakphenolharzes) beibehalten. Solche Zusammensetzungen tragen auch zu einer besseren Kohlenstoffretention nach Pyrolyse bei. Geeignete Härtungsmittel sind Formaldehyddonatoren, wie z. B. Paraformaldehyd, und Trisaminohydroxymethan sowie Hexamethylentetramin. Hexamethylentetramin ist das bevorzugte Härtungsmittel. Kohlenteerpech und Binder nach dem Stand der Technik werden durch die Entwicklung schädlicher Dämpfe und stechenden Geruch beeinträchtigt. Die in dieser Erfindung verwendeten Novolakharze werden so hergestellt und sind dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt der Harze an freiem Phenol (Monomer) unter 4 Ma.-% und vorzugsweise unter 2 Ma.-%, auf die Harzfeststoffe bezogen, liegt. Auf diese Weise kann das Problem der Entwicklung schädlicher Dämpfe bei den bekannten technischen Lösungen wesentlich reduziert werden.It has surprisingly been found that suitable compositions can be made for use in Söderberg applications when such novolak resins are used alone and are properly selected in terms of molecular weight (melting point). Such compositions provide comparable and sometimes even better carbon content compared to coal tar pitch. It has also been found that some novolak resins with limited hexamethylenetetramine can be used and still retain the necessary thermoplastic properties. With suitable novolak resins having a melting point of about 100 0 C z. B. Residual carbon values of at least 50% achieved when these resins are pyrolyzed under inert conditions to 800 ° C (1472 ° F). Such values can be compared to the retained carbon value of pyrolyzed coal tar pitch. In addition, it has been found that said resins have significant high temperature mobility and plasticity in the presence of small amounts of a curing agent, e.g. Hexamethylenetetramine, in proportions of 5% or less and, preferably, of 1.5% or less (based on the mass of the novolak phenolic resin). Such compositions also contribute to better carbon retention after pyrolysis. Suitable curing agents are formaldehyde donors, such as. Paraformaldehyde, and trisaminohydroxymethane, as well as hexamethylenetetramine. Hexamethylenetetramine is the preferred curing agent. Prior art coal tar pitch and binders are affected by the development of noxious fumes and pungent odor. The novolak resins used in this invention are thus prepared and characterized in that the content of the resins of free phenol (monomer) is less than 4 mass% and preferably less than 2 mass% based on the resin solids. In this way, the problem of the development of harmful vapors in the known technical solutions can be substantially reduced.

Obwohl die Novolakharze für sich verwendet werden können, kann man sich in der praktischen Ausführung vorzugsweise und vorteilhaft für die Verwendung eines bescheidenen Weichmachers, wie z. B. der hochsiedenden Glykole, Glykolether, Ester, zweibasigen Ester, Pyrollidone, aromatischen Alkohole, z.B. Cyclohexanole, Anthracenöl und dgl., entscheiden. Man könnte auch polymere Glykole, wiez. B. Polyethylenoxide, und ihre Derivate verwenden. Die Union Carbide Corporation verkauft eine geeignete polymere Glykolzusammensetzung unter dem Handelsnamen Carbowax. Diese Weichmacher tragen dazu bei, die Pastenmischung in den verschiedenen Temperaturzonen des Söderberg-Anodenzulaufsystems plastisch und fließfähig zu halten. Bevorzugte Weichmacher haben einen Siedepunkt von etwa 2000C (392°F) oder höher, und der Weichmacheranteil wird vorzugsweise auf 50% oder weniger, bezogen auf die Gesamtbindermasse, gehalten. Vorzugsweise wird der Weichmacheranteil auf 20 bis 40% gehalten. Bei der Wahl des Weichmacheranteils müssen der Grad der Entwicklung flüchtiger Substanzen, der Kohlenstoffanteil und die gewünschte Fließfähigkeit als Schlüsselfaktoren berücksichtigt werden. Beispiele für geeignete hochsiedende Glykole sind Ethylenglykol, Diethylenglykol und Triethylenglykol. Die bevorzugten Glykole sind Diethylenglykol und Triethylenglykol.Although the novolak resins can be used by themselves, in practice it is preferable and advantageous for the use of a modest plasticizer, such as e.g. As the high-boiling glycols, glycol ethers, esters, dibasic esters, pyrollidones, aromatic alcohols, such as cyclohexanols, anthracene oil and the like. Decide. One could also use polymeric glycols, such as. As polyethylene oxides, and their derivatives use. Union Carbide Corporation sells a suitable polymeric glycol composition under the trade name Carbowax. These plasticizers help to keep the paste mixture in the different temperature zones of the Söderberg anode feed system plastic and flowable. Preferred plasticizers have a boiling point of about 200 0 C (392 ° F) or higher, and the proportion of plasticizer is held on the total binder composition, preferably for 50% or less. Preferably, the plasticizer content is maintained at 20 to 40%. In selecting the amount of plasticizer, the degree of volatiles development, the carbon content, and the desired flowability must be considered as key factors. Examples of suitable high-boiling glycols are ethylene glycol, diethylene glycol and triethylene glycol. The preferred glycols are diethylene glycol and triethylene glycol.

Während bei Verwendung von Kohlenteerpech als Opferbinder im Söderberg-Verfahren eine hohe Verschmutzungsgefahr besteht, werden die krebserregenden und Umweltprobleme, die mit der Verwendung von Kohlenteerpech verbunden sind, minimiert, wenn die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gewählten Novolakharze in den erforderlichen Anteilen als Opferbinder verwendet werden.While the use of coal tar pitch as a sacrificial binder in the Söderberg process poses a high risk of fouling, the carcinogenic and environmental problems associated with the use of coal tar pitch are minimized when the novolac resins selected in accordance with the present invention are used in the required proportions as sacrificial binders become.

Die hergestellten Zusammensetzungen können in Form harzbeschichteter freifließender Körnchen verwendet werden, die, entsprechend den Erfordernissen, direkt in die Einrichtung für die Herstellung der Söderberg-Elektrode gegossen werden können. In diesem Fall wird das Harz vorzugsweise vorher auf die kohlenstoffhaltigen Aggregatteilchen aufgebracht. Wie es aus Versandgründen oft geschieht, können die harzbeschichteten Körnchen alternativ durch Fließpreßtechniken, Preß- oder Formpreßtechniken zu massiven vorgeformten Blöcken oder Profilen vorgeformt werden, die leicht zu handhaben, zu lagern, zu transportieren und zu verwenden sind, wobei das Harz in einem solchen Fall als Binder dient und die Grünfestigkeit liefert. Die Profile oder Blöcke werden gewöhnlich direkt in die Einrichtung für die Herstellung der Söderberg-Elektroden eingebracht; wenn sich die Blöcke der Wärmequelle nähern, werden sie weich und fließfähig, um das Innere der Einrichtung auszufüllen. Der Erfindung liegt zusammengefaßt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Söderberg-Elektrode, das folgende Schritte einschließt:The compositions prepared may be used in the form of resin-coated free-flowing granules which, as required, may be poured directly into the device for the production of the Söderberg electrode. In this case, the resin is preferably previously applied to the carbonaceous aggregate particles. Alternatively, as is often done for shipping reasons, the resin coated granules may alternatively be preformed by extrusion, compression or molding techniques to form solid preformed blocks or profiles which are easy to handle, store, transport and use, the resin in such a case serves as a binder and provides the green strength. The profiles or blocks are usually inserted directly into the device for the production of Söderberg electrodes; As the blocks approach the heat source, they become soft and flowable to fill the interior of the device. The invention, in summary, the object of a method for producing a Söderberg electrode, which includes the following steps:

(1) Durchleiten einer Zulaufzusammensetzung aus harzbeschichteten, kohlenstoffhaltigen Teilchen durch die drei Zonen für die Bildung der Söderberg-Elektrode, wobei sich die Zulaufzusammensetzung in einer ersten Zone in Form diskreter, freifließender Teilchen zu einer Brennzone abwärtsbewegt;(1) passing a feed composition of resin-coated carbonaceous particles through the three zones to form the Soderberg electrode, the feed composition descending in a first zone in the form of discrete free-flowing particles to a firing zone;

(2) Durchleiten der Zulaufzusammensetzung in der Brennzone durch ein Temperaturgefälle und ihre Umwandlung von diskreten, freifließenden Teilchen zu einer Schicht oder einem Bett aus einer viskosen Masse, die sich zur elektrodenbildenden und Verbrauchszone abwärtsbewegt, und(2) passing the feed composition in the firing zone through a temperature gradient and converting it from discrete free flowing particles to a layer or bed of viscous mass moving down to the electrode forming and consumable zones, and

(3) Härten der Masse in der elektrodenbildenden und Verbrauchszone zu einer Dauerelektrodenform und anschließendes Verbrauchen der Form als kontinuierlich gebildete Söderberg-Elektrode zu verbessern.(3) curing the mass in the electrode forming and use zone to a permanent electrode shape and then consuming the mold as a continuously formed Söderberg electrode.

Erfindungsgemäß ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß die Zulaufzusammensetzung eine Mischung aus harzbeschichtetem, kohlenstoffhaltigem Aggregat, Weichmacher mit einem Siedepunkt von mindestens 2000C und in einem Anteil von 0 bis 50 Masseanteilen in %, bezogen auf die Gesamtmasse von Harzfeststoffen und Weichmacher, und 0 bis höchstens 5 Masseanteilen in % Hexamethylentetramin, bezogen auf Harzfeststoffe, umfaßt, wobei das harzbeschichtete, kohlenstoffhaltige Aggregat ein Novolakphenolharz einschließt, das auf Teilchen eines kohlenstoffhaltigen Teilchenaggregates aufgebracht ist.According to the invention the method is characterized in that the feed composition comprises a mixture of resin-coated carbonaceous aggregate, plasticizer having a boiling point of at least 200 0 C and in a proportion of 0 to 50 parts by mass in%, based on the total weight of resin solids and plasticizer, and 0 hexamethylenetetramine based on resin solids, wherein the resin-coated carbonaceous aggregate includes a novolak phenolic resin coated on particles of a carbonaceous particle aggregate.

Zweckmäßig schließt die Zulaufzusammensetzung Pech in einem Masseanteil ein, der dem Masseanteil des Novolakharzes entspricht oder darunter liegt.Suitably, the feed composition includes pitch in a mass fraction equal to or less than the mass fraction of the novolak resin.

Der Weichmacher hat bevorzugt einen Siedepunkt von mindestens 250"C.The plasticizer preferably has a boiling point of at least 250 "C.

Nach einem weiteren Merkmal ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Weichmacher einen Siedepunkt von mindestens etwa 2000C hat und aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus einem Glykol, Glykolester, anderen Estern, aromatischem Alkohol, Anthracenöl, Pyrol und ihren Mischungen besteht.According to a further feature of the invention is characterized in that the plasticizer has a boiling point of at least about 200 0 C and is selected from the group consisting of a glycol, Glykolester, other esters, aromatic alcohol, anthracene oil, pyrol and mixtures thereof.

Das Glykol besteht bevorzugt aus Diethylenglykol oder Triethylenglykol, kann aber auch ein Polyethylenglykol sein.The glycol is preferably diethylene glycol or triethylene glycol, but may also be a polyethylene glycol.

Der Weichmacher ist zweckmäßig ein zweibasiger Ester, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Adipindimethylester, Glutarindimethylester, Succindimethylester und ihren Mischungen besteht. Der Weichmacher kann jedoch auch ein aromatischer Alkohol, eine heterocyclische Verbindung, wie z.B. 2-Pyrrolidon oder eine Anthracenverbindung, wie z. B. Anthracenöl, oder eine Naphthalenverbindung sein. Bevorzugt hat das Harz einen freien Phenolgehalt von höchstens 4 Masseanteilen in %, was durch gaschromatographische Analyse gemessen wird. Es ist ferner durch einen Mindestschmelzpunkt von 1000C gekennzeichnet.The plasticizer is suitably a dibasic ester selected from the group consisting of adipine dimethyl ester, glutarine dimethyl ester, succinimethyl ester and their mixtures. However, the plasticizer may also be an aromatic alcohol, a heterocyclic compound such as 2-pyrrolidone or an anthracene compound such. As anthracene oil, or a naphthalene compound. Preferably, the resin has a free phenol content of at most 4 mass parts in%, which is measured by gas chromatographic analysis. It is further characterized by a minimum melting point of 100 0 C.

Es ist ferner zweckmäßig, wenn der Gehalt des Harzes an flüchtigen Substanzen insgesamt nicht über 5 Masseanteile in % seines Feststoffgehaltes hinausgeht.It is also expedient if the total content of volatile organic compounds in the resin does not exceed 5% by weight of its solids content.

Bei der Herstellung einer Zusammensetzung zur Verwendung im Söderberg-Verfahren muß darauf geachtet werden, daß das erforderliche Gleichgewicht von Eigenschaften erreicht wird. So unterscheiden sich die Eigenschaften, die über der Brennzone erforderlich sind, erheblich von denen, die unter der Brennzone erforderlich sind. Im oberen Teil der Elektrode, über der Brennzone, muß die Zusammensetzung gute Plastizität und Fließfähigkeit besitzen. Es ist daher wichtig, daß die Zusammensetzung während des Erwärmens fließfähig wird, um das Söderberg-Gehäuse richtig auszufüllen. Auch ist es wichtig, daß sie während des Fließens nicht in ihre einzelnen Bestandteile zerfällt, sondern homogen bleibt. Die Fließfähigkeit über der Brennzone kann im allgemeinen durch geeignete Einstellungen im Aufbau, speziell hinsichtlich des Harz-zu-Weichmacher-Verhältnisses, kontrolliert werden. Falls man sich dafür entscheidet, nur Harz zu verwenden, sollten die Harze wohl überlegt gewählt werden, um eine gute fließfähige Massezu erhalten. Der Binderanteil (d. h. Harz, Weichmacher und andere Zusatzstoffe, die in der Masse verwendet werden) sollte im allgemeinen möglichst niedrig gehalten werden. Unterhalb der Brennzone, stellt der nach unten hängende Teil der Elektrode ihren Arbeitsteil dar, d. h. den Teil, der den elektrischen Strom führt. Die physikalischen Eigenschaften des Kohlefeststoffes am unteren Ende der Elektrode sind von ausschlaggebender Bedeutung für das Erzielen der ordnungsgemäßen Elektrodenfunktion.In preparing a composition for use in the Soderberg process, care must be taken to achieve the required balance of properties. Thus, the properties required above the firing zone differ significantly from those required below the firing zone. In the upper part of the electrode, above the firing zone, the composition must have good plasticity and flowability. It is therefore important that the composition becomes fluid during heating to properly fill the Söderberg housing. It is also important that it does not break down into its constituent parts while flowing, but remains homogeneous. The flowability over the firing zone can generally be controlled by suitable settings in the design, especially in terms of resin to plasticizer ratio. If one chooses to use only resin, the resins should be chosen carefully to obtain a good flowable mass. The binder content (i.e., resin, plasticizer, and other additives used in bulk) should generally be kept as low as possible. Below the firing zone, the downwardly hanging part of the electrode is its working part, d. H. the part that carries the electric current. The physical properties of the carbon solid at the bottom of the electrode are critical to achieving proper electrode function.

Im gebrannten unteren Ende der Elektrode sind mehrere Eigenschaften für den ordnungsgemäßen Betrieb von Bedeutung. Dazu gehören niedriger spezifischer elektrischer Widerstand, hohe mechanische Festigkeit, ein niedriger Ε-Modul, geringe Wärmeausdehnung, hohe Wärmeleitfähigkeit und ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit. Alle diese Eigenschaften können durch Einstellen der Zusammensetzung, aus der die Elektrode hergestellt wird, kontrolliert werden.In the fired lower end of the electrode several properties are important for proper operation. These include low resistivity, high mechanical strength, low Ε modulus, low thermal expansion, high thermal conductivity and excellent oxidation resistance. All of these properties can be controlled by adjusting the composition from which the electrode is made.

Der spezifische elektrische Widerstand und die Wärmeleitfähigkeit der Elektrode sind in bezug auf die Erzeugung und Verteilung von Wärme in der Elektrode wichtig. Sie sind auch wichtige Faktoren im Zusammenhang mit dem Temperaturprofil auf jeder beliebigen Horizontalebene durch die in Betrieb befindliche Elektrode.The electrical resistivity and the thermal conductivity of the electrode are important in terms of the generation and distribution of heat in the electrode. They are also important factors related to the temperature profile on any horizontal plane through the electrode in operation.

Ein geeignetes Heißbeschichtungsverfahren besteht aus folgenden Schritten. Ein kohlenstoffhaltiges Aggregat, vorzugsweise kalzinierter Anthrazit in feinverteilter Form, wird auf eine Temperatur im Bereich von etwa 1750C bis etwa 200°C erwärmt und zu einem Mischkollergang mit Heizeinrichtungen übertragen, um die hohe Temperatur zu halten. Ein ausgewähltes Novolakharz in Flockenform wird anschließend möglichst gleichmäßig über das Aggregat während des Mischens verteilt, um gleichmäßiges Schmelzen der Flocken und Beschichten des Aggregats mit Schmelzharz zu gewährleisten. Natürlich ist es möglich, dem heißen oder kalten Aggregat ein ausgewähltes geschmolzenes Novolakphenolharz zuzusetzen, das zur Verwendung in der praktischen Ausführung der Erfindung geeignet ist. Die Verwendung eines Novolakharzes in Form einer Lösung in niedrigsiedendem Lösungsmittel oder einer Dispersion/Emulsion in Wasser für die Beschichtung des Aggregates ist ebenfalls möglich. In solchen Fällen sollte jedoch darauf geachtet werden, daß die niedrigsiedenden Lösungsmittel vor der Verwendung im Söderberg-Verfahren vollständig entzogen werden. Bei Anwendung einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung kann alternativ eine Lösung des Novolakharzes in einem hochsiedenden Weichmacher/Lösungsmittel verwendet werden. Bei Verwendung einer solchen Lösung kann die Beschichtung des Aggregats durch Verwenden heißer oder kalter Aggregatteilchen erreicht werden. Nachdem das gesamte Harz der Mischung zugesetzt wurde, wird das Mischen fortgesetzt, um ein gleichmäßiges Beschichten der Aggregatteilchen zu fördern.A suitable hot coating process consists of the following steps. A carbonaceous aggregate, preferably calcined anthracite in finely divided form, is heated to a temperature in the range of about 175 0 C to about 200 ° C transferred to a mix muller with heating means to maintain the high temperature. A selected flocked novolak resin is then distributed as evenly as possible over the aggregate during mixing to ensure uniform melting of the flakes and coating of the aggregate with molten resin. Of course, it is possible to add to the hot or cold aggregate a selected molten novolak phenolic resin suitable for use in the practice of the invention. The use of a novolak resin in the form of a solution in low boiling solvent or a dispersion / emulsion in water for the coating of the aggregate is also possible. In such cases, however, care should be taken that the low boiling solvents are completely removed before use in the Söderberg process. Alternatively, using a preferred embodiment of the invention, a solution of the novolak resin in a high boiling plasticizer / solvent can be used. When using such a solution, the coating of the aggregate can be achieved by using hot or cold aggregate particles. After all of the resin has been added to the mixture, mixing is continued to promote uniform coating of the aggregate particles.

Falls Hexamethylentetramin gewünscht wird, sollte es dem Mischkollergang als Wasserlösung zugesetzt werden. Alternativ kann Hexamethylentetramin, falls es in dieser Weise zugesetzt wird, als festes, jedoch pulverförmiges Granulat zugesetzt werden. Es wird vorzugsweise dem Trockenaggregat zugesetzt und vor dem Mischen mit dem Harz gleichmäßig dispergiert. Um die Dichte zu kontrollieren, kann ein weichmachender Stoff verwendet werden, der unter den Alkoholen, Glykolen und dgl. ausgewählt wird.If hexamethylenetetramine is desired, it should be added to the Mischkollergang as a water solution. Alternatively, hexamethylenetetramine, if added in this manner, may be added as solid but powdered granules. It is preferably added to the drying unit and uniformly dispersed prior to mixing with the resin. In order to control the density, a softening agent selected from among alcohols, glycols and the like can be used.

Das freifließende Granulat aus dem Mischkollergang kann in granulierter Form in das Gehäuse der Söderberg-Einrichtung gegossen werden. Alternativ kann es durch isostatisches oder Formpressen, durch Vibrations- oder Strangpressen in die gewünschte Form für die Söderberg-Einrichtung gebracht werden. Solche Formen oder Blöcke werden während des Durchlaufs durch die Söderberg-Einrichtung, wenn sie erwärmt werden, fließfähig, um sich der Innenfläche der Söderberg-Einrichtung anzupassen.The free-flowing granules from the Mischkollergang can be poured in granulated form into the housing of the Söderberg facility. Alternatively, it can be brought into the desired shape for the Söderberg facility by isostatic or compression molding, by vibration or extrusion molding. Such molds or blocks become fluid during passage through the Söderberg device when heated to conform to the interior surface of the Söderberg device.

Um die Erfindung ausführlicher zu beschreiben, wird sie nachfolgend an Hand mehrerer Beispiele demonstriert. Sofern nichts anderes angegeben wird, sind die angeführten Prozente in diesen Beispielen und an anderer Stelle in der vorliegenden Patentanmeldung Masseprozente, während die Temperaturen in Celsius-Graden angegeben werden, sofern nicht ausdrücklich andere Angaben gemacht werden.In order to describe the invention in more detail, it will be demonstrated below with reference to several examples. Unless otherwise indicated, the percentages quoted in these examples and elsewhere in this application are percentages by mass, while temperatures are given in centigrade degrees, unless expressly stated otherwise.

In allen folgenden Beispielen war das Aggregat im wesentlichen eine kalzinierte Petrolkoksmischung aus feinen Teilchen unterschiedlicher Größe, die aus feinen, groben und Zwischenteilchen bestanden. Feingut wird als Aggregat definiert, das durch ein Sieb Nr. 100 geht, jedoch auf einem Sieb Nr. 200 zurückgehalten wird. Zwischengut wird als Aggregat definiert, das durch ein Sieb Nr. 14 geht, jedoch auf einem Sieb Nr. 100 zu rückgehalten wird. G robgut wird als Aggregat definiert, das durch ein Sieb Nr. 4 geht und auf einem Sieb Nr. 14 zurückgehalten wird. Die angegebenen Maschenweiten entsprechen der U. S.-Standardsiebreihe.In all the following examples, the aggregate was essentially a calcined petroleum coke mixture of fine particles of different sizes consisting of fine, coarse and intermediate particles. Fines are defined as an aggregate that passes through a No. 100 sieve but is retained on a No. 200 sieve. Intermediate material is defined as an aggregate that passes through No. 14 sieve but is retained on No. 100 sieve. G robgut is defined as an aggregate that passes through a No. 4 sieve and is retained on No. 14 sieve. The specified mesh sizes are in accordance with the U.S. Standard Sieve Series.

In allen noch später beschriebenen Beispielen wurde ein Kaltbeschichtungsverfahren angewendet. Im Kaltbeschichtungsverfahren wurde das kohlenstoffhaltige Aggregat in einem Hobert-Mischer mit Novolakharz-Weichmacher und, in einigen Fällen, Hexamethylentetramin gemischt. Das Mischen wurde fortgesetzt, bis ein gleichmäßiges Beschichten erreicht und eine Masse entstanden war.In all later described examples, a cold coating method was used. In the cold coating process, the carbonaceous aggregate was mixed in a Hobert mixer with novolak resin plasticizer and, in some cases, hexamethylenetetramine. Mixing continued until uniform coating was achieved and a mass was formed.

Alle Massen wurden anschließend für die Herstellung von Hantelproben gemäß ASTM-Standard verwendet. In jedem Fall wurden 100 Gramm Masse in einen Formhohlraum (Formhöhlung) eingebracht und in einer Wabash-Presse in eine Hantelform gepreßt. Der Druck betrug 12t (5-Zoll-Kolben) und der Preßtakt 60s.All masses were then used for the production of dumbbell specimens according to ASTM standard. In each case, 100 grams of mass were placed in a mold cavity (mold cavity) and pressed into a dumbbell mold in a Wabash press. The pressure was 12t (5-inch piston) and the press cycle 60s.

Nach der oben beschriebenen Herstellung der Hanteln wurden sie aus der Form herausgenommen, auf eine ebene Fläche gelegt und in einem Muffelofen hohen Temperaturen ausgesetzt. Während der Einwirkung wurde eine Stickstoffatmosphäre in dem Ofen aufrechterhalten. Die Form der Standardhanteln wird in Figur 1 veranschaulicht. Jede Standardhantel hatte zwei Kontaktflächen mit der ebenen Fläche, auf die sie gelegt wurde, bevor sie einer hohen Temperatur ausgesetzt wurde. Der Spalt, der unter jeder Hantel entstand, nachdem sie auf die Fläche gelegt wurde, hatte eine maximale Standardabmessung (Höhe) von 8mm.After the dumbbells described above, they were removed from the mold, placed on a flat surface and exposed to high temperatures in a muffle furnace. During the exposure, a nitrogen atmosphere was maintained in the furnace. The shape of the standard dumbbells is illustrated in FIG. Each standard dumbbell had two contact surfaces with the flat surface on which it was placed before being exposed to high temperature. The gap created under each dumbbell after being placed on the surface had a maximum standard dimension (height) of 8mm.

Sofern nichts anderes angegeben wird, bestand das verwendete kohlenstoffhaltige Aggregat in allen Versuchen aus etwa 33% feinen Teilchen, 47 % Zwischenteilchen und 20% groben Teilchen. In allen Beispielen wurde ein Weichmacher in Verbindung mit einem Novolakharz in einem Verhältnis von 60 Teilen Novlakharz zu 40 Teilen Weichmacher auf einer Massebasis verwendet. Falls Hexamethylentetramin in den Beispielen verwendet wird, basiert der Prozentsatz auf der Masse der Phenolharzfeststoffe. Der Prozentanteil freien Phenols in einem Novolakharz basiert auf dem Novolakharz in der vorliegenden Form. Der Prozentanteil wird mit Gaschromatographie gemessen.Unless otherwise stated, the carbonaceous aggregate used in all experiments consisted of about 33% fine particles, 47% intermediate particles and 20% coarse particles. In all examples, a plasticizer was used in conjunction with a novolak resin in a ratio of 60 parts novalak resin to 40 parts plasticizer on a mass basis. If hexamethylenetetramine is used in the examples, the percentage is based on the mass of phenolic resin solids. The percentage of free phenol in a novolak resin is based on the novolak resin in the present form. The percentage is measured by gas chromatography.

Ausführungsbeispieleembodiments

Beispiel 1example 1

Dieses Beispiel demonstriert die Brauchbarkeit hochschmelzender Novolakphenolharze als Binder für Koksaggregatmassen zur Verwendung als Zulaufzusammensetzung im Söderberg-Verfahren.This example demonstrates the utility of refractory novolak phenolic resins as binders for coke aggregates for use as a feed composition in the Soderberg process.

Im Söderberg-Verfahren ist der Fluß des Binders in der Zulaufzusammensetzung ausschlaggebend. Dieses Beispiel soll die Fließeigenschaften mehrerer unterschiedlicher Massen unter Verwendung verschiedener Novolakharze, verschiedener Weichmacher und verschiedener Hexamethylentetraminanteile zeigen.In the Söderberg process, the flux of the binder in the feed composition is crucial. This example is intended to demonstrate the flow properties of several different compositions using various novolak resins, various plasticizers, and various hexamethylenetetramine moieties.

In jedem Versuch wurde eine Masse hergestellt und zu Hanteln gepreßt. Anschließend wurden die Hanteln aus der Presse herausgenommen und im Muffelofen angeordnet. In allen Versuchen wurden die Hanteln etwa 30 Minuten der Ofentemperaturumgebung bis 500°C ausgesetzt und in dieser Zeit auf ihre Fließeigenschaften beobachtet. Das Absenken der Hantel während bzw. nach Einwirkung der Ofenwärme galt als erwünscht. Fehlendes Fließen wurde als Mißerfolg registriert.In each experiment, a mass was prepared and pressed into dumbbells. Then the dumbbells were removed from the press and placed in the muffle furnace. In all experiments, the dumbbells were exposed to the oven temperature environment to about 500 ° C for about 30 minutes and observed for flow properties during this time. The lowering of the dumbbell during or after exposure to the heat of the furnace was considered desirable. Missing flow was registered as a failure.

Wenn visuell bestätigt wurde, daß eine Hantel fest geworden war und sich nicht mehr verformte, wurde die Temperatur, bei der dieser Fall eintrat, als Ausfalltemperatur aufgezeichnet. Vollständiges Absenken, d. h. Nullspalt, wurde als Anzeichen für die Eignung der Masse in einer Söderberg-Elektrode gewertet.When it was visually confirmed that a dumbbell had become solid and no longer deformed, the temperature at which this event occurred was recorded as a failure temperature. Complete lowering, d. H. Zero gap, was taken as an indication of the suitability of the mass in a Söderberg electrode.

Die Ergebnisse der Versuche dieses Beispiels werden in Tabelle 1 gezeigt. Jedes verwendete Novolakharz wird durch einen Buchstaben gekennzeichnet. Eine ausführliche Beschreibung jedes Harzes wird in der Fußnote gegeben. Nachdem jede Hantel aus dem Ofen herausgenommen worden war, wurde sie beobachtet, und die Beobachtungen wurden, wie dargestellt, aufgezeichnet.The results of the experiments of this example are shown in Table 1. Each novolak resin used is identified by a letter. A detailed description of each resin is given in the footnote. After each dumbbell was removed from the oven, it was observed and the observations were recorded as shown.

Tabelle 1Table 1

Novolakharz (1) Annähernder % Freies %Novolak- %Hexa Verwendeter Ausfall- Bemerkun-Novolak Resin (1) Approximate% Free% Novolak-% Hexa Used Failure Notes

Harzschmelz- Phenol harz* Weichmacher (2) tempera- gen punkt tür 0C (3) Resin Melting Phenolic Resin * Plasticizer (2) Temperature Point Door 0 C (3)

A 9O0C 6-10 10 0 E.G.A 9O 0 C 6-10 10 0 EC

15 0 dito15 0 ditto

20 0 dito20 0 ditto

A 900C 6-10 10 2 ditoA 90 0 C 6-10 10 2 dito

15 2 dito15 2 ditto

20 2 dito20 2 ditto

A 90°C 6-10 10 5 ditoA 90 ° C 6-10 10 5 dito

20 5 dito20 5 ditto

B 90°C 6-10 10 0 ditoB 90 ° C 6-10 10 0 ditto

10 2 dito10 2 ditto

15 0 dito15 0 ditto

15 2 dito15 2 ditto

C 110-1150C 3 10 9 ditoC 110-115 0 C 3 10 9 ditto

10 9 T. E. G.10 9 T.E.G.

15 9 dito15 9 ditto

15 9 M.P.15 9 M.P.

20 9 T. E. G.20 9 T.E.G.

D 80-90°C 0,1 10 0 E.G.D 80-90 ° C 0.1 10 0 E.G.

10 2 dito10 2 ditto

10 0 T. E. G.10 0 T.E.G.

20 0 E.G.20 0 E.G.

2 T.E.:G.2 T.E.:G.

E 115-120T 2 10 0 E.G.E 115-120T 2 10 0 E.G.

10 2 E.G.10 2 E.G.

10 0 T. E. G.10 0 T.E.G.

10 2 dito10 2 ditto

15 0 dito15 0 ditto

150150 1,21.2 200200 1,21.2 400400 1,21.2 150150 1,21.2 200200 1,21.2 400400 1,21.2 150150 11 150150 1,2,31,2,3 150150 11 150150 11 150150 11 150150 200200 200200 44 300300 44 500500 44 400400 44 200200 55 200200 55 300300 66 200200 66 300300 66 300300 77 300300 77 500500 77 500500 77 500500 77

Annähernderapproximate % Freies% Free %Novolak-% novolak % Hexa% Hexa Verwendeterused -7-7 - 295 878- 295 878 Novolakharz(i)Novolac resin (i) Harzschmelzresin melt Phenolphenol harz*resin* Weichmacher (2)Plasticizer (2) Ausfallfailure BemerkunBemerkun punktPoint temperatempera gengene 1515 00 ditodito tur 0Ctur 0 C (3)(3) 2020 00 ditodito 500500 77 2020 22 ditodito 500500 77 2020 22 M. P.M.P. 500·500 · 77 2020 00 D.B.E.-4D.B.E.-4 500500 77 140-1500C140-150 0 C 0,5*·0.5 * · 1515 22 M. P.M.P. 500500 77 FF 1515 22 T. E. G.T.E.G. 500500 77 1515 22 E.G.E.G. 500500 77 500500 77

* basiert auf Harzfeststoffen, ausgedrückt als % der Summe von Harzfeststoffen plus Aggregat *· Metacresol* based on resin solids, expressed as% of the sum of resin solids plus aggregate * · metacresol

1. Die Harze A, B, C, D und E waren handelsübliche Harze, Harz F war ein Versuchsharz. Es folgen Beschreibungen jedes Harzes:1. Resins A, B, C, D and E were commercial resins, Resin F was a trial resin. Below are descriptions of each resin:

A. Ein Novolakharz mit einem Schmelzpunkt von etwa 90°C, das als 65%ige Feststofflösung in Ethylenglykol mit einer Viskosität von 4500-6500cps bei 250C und einem Gehalt an freiem Phenol von 6 bis 10% verkauft wird.A. A novolac resin with a melting point of about 90 ° C, which as a 65% solids solution in ethylene glycol having a viscosity of 4500-6500cps at 25 0 C and a free phenol content of 6 to 10% is sold.

B. Ein Novolakharz mit einer ähnlichen Polymerstruktur wie oben, außer daß es als eine 70-75%ige Feststofflösung in Ethylenglykol mit einer Viskosität von 20000-40000cps (etwa 20% Glykolgehalt) verkauft wird.B. A novolak resin having a similar polymer structure as above except that it is sold as a 70-75% solids solution in ethylene glycol having a viscosity of 20000-40000 cps (about 20% glycol content).

C. Ein Novalakharz mit einem Schmelzpunkt von 1100C bis 115°C und einem Gehalt an freiem Phenol von maximal 3,0%, das mit 9% Hexamethylentetramin gemischt und zu einem Pulver zermahlen wird, das zu 98% durch ein Sieb Nr. 200 geht.C. A novolac resin with a melting point of 110 0 C to 115 ° C and a free phenol content of at most 3.0%, which is mixed with 9% hexamethylenetetramine and ground to a powder to 98% through a #. 200 goes.

D. Ein Novolakharz mit 0,1% Phenol und einem Schmelzpunkt von 85-9O0C in Flockenform, das soweit zermahlen wird, daß 98% durch ein Sieb Nr.200 gehen.D. A novolak resin with 0.1% phenol and a melting point of 85-9O 0 C in flake form, which is ground to the extent that 98% go through a sieve no.200.

E. Ein handelsübliches Novolakharz mit 2,0% Phenol und einem Schmelzpunkt von 115-120°C, das in Pulverform verkauft wird, wobei das Pulver zu 98% durch ein Sieb Nr. 200 geht.E. A commercially available novolak resin with 2.0% phenol and a melting point of 115-120 ° C sold in powder form, wherein the powder passes 98% through No. 200 sieve.

F. Ein Metacresol-Formaldehyd-Novolakharz für Versuchszwecke mit 0,5% freiem Metacresol und einem Schmelzpunktbereich von 140-1500C, das zu einem Pulver zermahlen wird, welches zu 98% durch ein Sieb Nr.200 geht.F. A meta-cresol-formaldehyde novolak resin in experiments with 0.5% free meta-cresol and a melt point range of 140-150 0 C, which is ground to a powder, which is 98% through a sieve No. 200.

2. Folgende Weichmacher wurden verwendet: E.G. = Ethyienglykol (Siedepunkt 198 0C) T. E.G. = Triethylenglykol(Siedepunkt287°C)2. The following plasticizers were used: EG = Ethyienglykol (boiling point 198 0 C) TEG = triethylene (Siedepunkt287 ° C)

M. P. = m-PyroKd.h.N-Methyl-pyrrolinon, Siedepunkt 202 0C)MP = m-pyroKd.hN-methyl-pyrrolinone, b.p. 202 0 C)

D. B. E.-4 = einezweibasige Esterzusammensetzung, hergestellt von Du Pont: Dimethyl-auccinat Siedepunkt 1960C).DBE-4 = einezweibasige Esterzusammensetzung manufactured by Du Pont: dimethyl auccinat boiling point 196 0 C).

3. Bemerkungen:3. Comments:

1. Starker Phenolgeruch1. Strong phenol smell

2. Leichte Verformung2. Slight deformation

3. Sehr leichte Verformung3. Very slight deformation

4. Mehr Formbeständigkeit/leichte Ausdehnung4. More dimensional stability / slight expansion

5. Trockenes flockiges Aussehen/mögliche Harzverdampfung5. Dry fluffy appearance / possible resin evaporation

6. Mehr Formbeständigkeit6. More dimensional stability

7. Gleichmäßiges Absenken (kein Spalt).7. Uniform lowering (no gap).

Wenn eine Hantel während des Erwärmens auf Temperaturen von etwa 5000C plastisch bleibt, würde das in der Hantel verwendete Harz als besonders geeignet für die Verwendung im Ausgangsmaterial einer Söderberg-Elektrode bewertet werden. In den Versuchen mit den Harzen A, B oder D (Schmelzpunkte unter 100X) wurden, unabhängig von den verwendeten Hexamethylentetraminanteilen, ungeeignete Ausfalltemperaturen (Temperaturen deutlich unter 5000C) registriert. In den Versuchen mit den Harzen C, E und F (Schmelzpunkte über 1000C) wurden bei Verwendung von 9% Hexamethylentetramin ungeeignete Ausfalltemperaturen festgestellt. Jedoch war eine geeignete Plastizität bei 5000C möglich, wenn 2% oder weniger Hexamethylentetramin, in einigen Fällen in Verbindung mit einem höhersiedenden Weichmacher, verwendet wurden. Kurz formuliert, zeigen die Daten dieses Beispiels, daß Novolakharze mit höherer relativer Molekülmasse, hochsiedenden Lösungsmitteln und wenig oder kein Hexamethylentetramin der Pastenmischung bei Einwirkung von Temperaturen von etwa 5000C Plastizität und Fließfähigkeit zu verleihen scheinen, wobei diese Temperaturen in den Betriebsumgebungen des Söderberg-Verfahrens allgemeiner festzustellen sind. Diese Novolakharze mit hochsiedenden Lösungsmitteln und wenig oder keinem Hexamethylentetramin wären daher für die Herstellung des Binders für Söderberg-Elektroden geeignet.If a dumbbell remains plastic during heating to temperatures of about 500 ° C., the resin used in the dumbbell would be judged to be particularly suitable for use in the starting material of a Söderberg electrode. In the experiments with the resins A, B or D (melting points below 100X), regardless of the Hexamethylenentetraminanteilen used, unsuitable failure temperatures (temperatures well below 500 0 C) were registered. In the tests with the resins C, E and F (melting points above 100 ° C.) unsuitable failure temperatures were found when using 9% hexamethylenetetramine. However, suitable plasticity at 500 ° C. was possible when using 2% or less of hexamethylenetetramine, in some cases in conjunction with a higher-boiling plasticizer. Formulated short, the data of this example show that novolac resins appear to give higher molecular weight, high boiling solvents and little or no hexamethylenetetramine the paste mix upon exposure to temperatures of about 500 0 C plasticity and fluidity, these temperatures in the operating environments of the Soederberg More general procedure. These novolak resins with high-boiling solvents and little or no hexamethylenetetramine would therefore be suitable for the production of the binder for Söderberg electrodes.

Beispiel 2Example 2

Mit den Versuchen dieses Beispiels wird eine eindeutigere Quantifizierung der Aspekte der Fließfähigkeit und Plastizität der Pastenmischungen unter Einwirkung hoher Temperaturen versucht. Die Koksaggregatmischung war im wesentlichen dieselbe wie im Beispiel 1. Die Verfahren des Vermengens, Mischens und Pressens ähnelten den im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren. In allen Fällen dieses Beispiels wurden die Fließeigenschaften der Hantelproben 30 Minuten bei etwa 5000C geprüft. Nach der Herausnahme aus dem Ofen wurden die Hantelproben in jedem Fall abgekühlt, blieben auf einer ebenen Fläche stehen, und der Spalt in der Mitte wurde quantitativ gemessen. Je niedriger das Ergebnis der Spaltmessung war, desto besser waren die Plastizität und Fließfähigkeit der Masse.The experiments of this example attempt to more clearly quantify the flowability and plasticity aspects of the paste blends under high temperature exposure. The coke unit mixture was essentially the same as in Example 1. The methods of blending, mixing and pressing were similar to those described in Example 1. In all cases of this example, the flow properties of the dumbbell samples were tested for 30 minutes at about 500 0 C. After removal from the oven, the dumbbell specimens were cooled in each case, remained standing on a flat surface, and the gap in the middle was measured quantitatively. The lower the result of the gap measurement, the better the plasticity and fluidity of the composition.

Eine maximale Spaltabmessung von 8 mm zeigt fehlendes Fließen an (d.h. keine Veränderung in den Abmessungen der Hantel im Vergleich zu ihrem kaltgepreßten Zustand). Eine solche Masse wäre für die Anwendung im Söderberg-Verfahren ungeeignet. Eine Spaltabmessung von Null würde eine brauchbare Zusammensetzung kennzeichnen. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der Versuche dieses Beispiels.A maximum gap dimension of 8 mm indicates lack of flow (i.e., no change in the dimensions of the dumbbell as compared to its cold pressed condition). Such a mass would be unsuitable for use in the Söderberg process. A gap dimension of zero would indicate a useful composition. Table 2 shows the results of the experiments of this example.

Tabelle 2Table 2

Harzd)Harzd) Annähernderapproximate % Freies% Free %Harz%Resin % Hexa% Hexa Spaltabslit spacing Schmelzpunktmelting point Phenolphenol (2)(2) messung,Measurement, mmmm Handelsüblichescommercial Novolakpulver'G'Novolakpulver'G ' 105-110105-110 <3,5<3.5 1515 <2<2 5,35.3 Handelsüblichescommercial Novolakpulver Έ'Novolac powder Έ ' 115-120115-120 <2,0<2.0 1515 00 00 1515 44 33 Versuchs-experimental Novolakpulver'F'Novolakpulver'F ' 140-150140-150 <0,05<0.05 1515 00 00 1515 44 00

(1) Es folgt die Beschreibung jedes Harzes:(1) The following is the description of each resin:

G: Novolakpulver mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 105-110°C und einem freien Phenolgehalt von <3,5%. Pulverisiert, um zu 98% durch ein Sieb Nr.200 zu gehenG: novolak powder having a melting point in the range of 105-110 ° C and a free phenol content of <3.5%. Pulverized to go 98% through a # 200 sieve

Die Harze E und F entsprechen der Beschreibung im Beispiel 1. Resins E and F are as described in Example 1.

(2) Auf der Basis der Harzfeststoffe, ausgedrückt als % der Summe von Harzfeststoffen plus Aggregat.(2) Based on the resin solids expressed as% of the sum of resin solids plus aggregate.

Anmerkung: In den Versuchen dieses Beispiels wurde der Weichmacher Triethylenglykol verwendet. Das Verhältnis von Harz zu Weichmacher entsprach dem im ersten Beispiel: (d. h. 60:40).Note: In the experiments of this example, the plasticizer triethylene glycol was used. The ratio of resin to plasticizer was the same as in the first example: (i.e., 60:40).

Im Beispiel 2 wurden drei Harze mit Schmelzpunkten von über 1000C geprüft. Harz F, das Harz mit dem höchsten Schmelzpunktbereich (140°C-150°C), war zur Verwendung im Söderberg-Verfahren geeignet, unabhängig davon, ob es mit 4% Hexa oder ohne Hexa verwendet wurde. Harz E mit dem nächsthöchsten Schmelzpunktbereich (115°C-120°C) war für das Söderberg-Verfahren geeignet, wenn kein Hexa verwendet wurde, jedoch bei Verwendung von 4% Hexa nicht so geeignet. Harz F mit dem niedrigsten Schmelzpunktbereich (1050C-HO0C) wies eine geringere Eignung auf, wenn es mit meßbaren Hexamethylentetraminanteilen verwendet wurde.In Example 2, three resins were tested with melting points above 100 0 C. Resin F, the resin with the highest melting point range (140 ° C-150 ° C), was suitable for use in the Söderberg process, regardless of whether it was used with 4% hexa or without hexa. Resin E with the next highest melting point range (115 ° C-120 ° C) was suitable for the Söderberg process if no hexa was used, but not so suitable when using 4% hexa. Resin F having the lowest melting point range (105 ° C-HO 0 C) was less suitable when used with measurable hexamethylenetetramine moieties.

Aus diesen Beispielen geht hervor, daß Novolakharze mit einem Schmelzpunkt von < 100°C, bei Verwendung in Verbindung mit Triethylenglykol und Hexamethylentetraminanteilen von 2% oder weniger, als gute Binder für Söderberg-Massen dienen, da die aus diesen Bindern hergestellten Massen ausgezeichnete Fließeigenschaften bei Temperaturen von 5000C aufweisen.From these examples, it is apparent that novolak resins having a melting point of <100 ° C, when used in conjunction with triethylene glycol and hexamethylenetetramine contents of 2% or less, serve as good binders for Söderberg compositions because the compositions made from these binders provide excellent flow properties Temperatures of 500 0 C have.

Beispiel 3Example 3

In diesem Beispiel bestand die Aggregatzusammensetzung zu 10% aus groben Teilchen, 2u 58% aus Zwischenteilchen und zu 32% aus feinen Teilchen. Der Phenolharzanteil betrug 15% auf der Basis von Aggregat plus Harzfeststoffen. Ein Verhältnis von Phenolharz zu Triethylenglykol von 60:40 wurde verwendet. Das Vermengen, Mischen und Pressen ähnelte den im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren. In allen Fällen dieses Beispiels wurden die Hantelproben 30 Minuten bei etwa 5000C auf ihre Fließeigenschaften geprüft. Nach der Herausnahme aus dem Ofen, wurden die Hantelproben in jedem Fall abgekühlt und blieben auf einer ebenen Fläche stehen, wobei der Mittelspalt quantitativ gemessen wurde. Je kleiner die Spaltabmessung war, desto besser waren die Plastizität und Fließfähigkeit der MasseIn this example, the aggregate composition consisted of 10% coarse particles, 58% intermediate particles and 32% fine particles. The phenolic resin content was 15% based on aggregate plus resin solids. A ratio of phenolic resin to triethylene glycol of 60:40 was used. Blending, mixing and pressing were similar to those described in Example 1. In all cases of this example the dumbbell samples were tested at about 500 0 C for 30 minutes on their flow properties. After removal from the oven, the dumbbell samples were cooled in each case and remained standing on a flat surface, with the middle gap measured quantitatively. The smaller the gap size, the better the plasticity and fluidity of the mass

Die Ergebnisse der Versuche dieses Beispiels werden in Tabelle 3 gezeigt. The results of the experiments of this example are shown in Table 3.

Tabelle 3Table 3 Harztypresin type Annähernder SchmelzpunktApproximate melting point % Freies Phenol% Free phenol %Hexa% hexa Spaltabmessung, mmGap dimension, mm A A EA A E 90 °C 9O0C 115-120°C90 ° C 9O 0 C 115-120 ° C 6-10 6-10 <2,06-10 6-10 <2.0 0 9 90 9 9 1 3 31 3 3

Im Beispiel 3 wurden Harz A, ein niedrigschmelzendes Harz (900C) und Harz E, ein hochschmelzendes Harz (115-1200C), behandelt und zeigten erneut, daß das niedrigschmelzende Harz für die Verwendung im Söderberg-Verfahren ungeeignet ist, unabhängig davon, ob ein hoher Hexamethylentetraminanteil oder kein Hexamethylentetramin verwendet wird; wieder wurde nachgewiesen, daß höherschmelzende Harze nicht geeignet sind, wenn der Hexamethylentetraminanteil 9% beträgt. Die Versuche von Beispiel 2 mit Harz E können mit den Versuchen von Beispiel 3 mit Harz E verglichen werden (obwohl in der Aggregatzusammensetzung etwas andere Prozentsätze verwendet wurden). Beispiel 2 zeigte, daß Harz E ohne Hexa für das Söderberg-Verfahren zufriedenstellend geeignet ist, während Beispiel 3 zeigte, daß Harz bei einem Hexamethylentetraminanteil von 9% nicht befriedigt.In Example 3, resin A, was a low melting resin (90 0 C) and resin E, a high-melting resin (115-120 0 C), treated and again showed that the low melting resin for use in the Soderberg process is unsuitable independently whether a high hexamethylenetetramine portion or no hexamethylenetetramine is used; Again, it has been demonstrated that higher melting resins are not suitable when the hexamethylenetetramine content is 9%. The experiments of Example 2 with Resin E can be compared with the experiments of Example 3 with Resin E (although slightly different percentages were used in the aggregate composition). Example 2 showed that Resin E without hexa is satisfactorily suitable for the Söderberg process, while Example 3 showed that resin does not satisfy at a 9% hexamethylene tetramine content.

Beispiel 4Example 4

Dieses Beispiel liefert eine Beziehung zwischen Verkokungswert, relativer Polymermolekülmasse (Schmelzpunkt) und Aushärtungsgrad (Einfluß des Hexamethylentetramingehaltes). In der Herstellung von Söderberg-Massen werden Kohlenteerpech mit Restverkokungswerten von 45% oder höher bevorzugtThis example provides a relationship between coking value, relative polymer molecular mass (melting point) and degree of cure (influence of hexamethylenetetramine content). In the production of Söderberg masses, coal tar pitches with residual coking values of 45% or higher are preferred

Die Ergebnisse der Versuche dieses Beispiels werden in Tabelle 4 gezeigt: The results of the experiments of this example are shown in Table 4:

900C90 0 C 4040 110-1150C110-115 0 C 4545 85-90X85-90X 3535 115-12O0C115-12O 0 C 5050 140-150 °C140-150 ° C 5858 loinarzieststone 115-12O0Cloinarzieststone 115-12O 0 C 5353 15-120 °C15-120 ° C 5858 110-1150C110-115 0 C 5050

Tabelle 4Table 4

Harztyp Annähernder Verkokungswert (%)*Resin Type Approximate coking value (%) *

Schmelzpunkt _Melting point _

Нѳха auf der Basis derНѳха on the basis of

E + 2 % HexaE + 2% hexa

E + 9%HexaE + 9% hexa

C+ 4% HexaC + 4% hexa

* Kohlenstoff (Verkokungs-) Werte auf der Basis thermogravimetrischer Analyse.* Carbon (coking) values based on thermogravimetric analysis.

Die Verkokungswerte der Novolakharze dieses Beispiels mit einem Schmelzpunkt von über 1000C entsprechen dem Verkokungswert von Kohlenteerpech oder waren höher. Bei Verwendung von Hexamethylentetamin, erhöhte sich der Verkokungswert. Dieses Beispiel zeigt, daß die Verwendung von Novolakharzen mit einem Schmelzpunkt von über 1000C anstelle von Kohlenteerpech in der Söderberg-Masse von Vorteil ist und bessere Verkokungswerte für die Elektrode liefert.The Verkokungswerte of the novolak resins of this Example with a melting point of about 100 0 C corresponding to the coking value of coal tar pitch or were higher. When hexamethylenetetamine was used, the coking value increased. This example shows that the use of novolac resins with a melting point of about 100 0 C instead of coal tar pitch in the Soderberg mass is beneficial and provides better Verkokungswerte for the electrode.

Schlußfolgerungen aus den BeispielenConclusions from the examples

Eine befriedigende Söderberg-Masse kann unter Verwendung von Novolakharz als Binder für die Masse hergestellt werden, wenn das Novolakharz einen Schmelzpunkt von 1000C oder höher, vorzugsweise einen Schmelzpunkt im Bereich von 110-1400C hat. Das Novolakharz kann in Verbindung mit einer geringen Menge Hexamethylentetramin (5%, bezogen auf die Masse der Harzfeststoffe oder weniger) verwendet werden. Es wird geschätzt, daß der Hexamethylentetraminanteil 3% oder weniger, vorzugsweise 1,5%-2,5% betragen sollte.A satisfactory Söderberg mass can be prepared using novolak resin as a binder for the mass, when the novolak resin has a melting point of 100 0 C or higher, preferably a melting point in the range of 110-140 0 C. The novolak resin may be used in conjunction with a small amount of hexamethylenetetramine (5% by mass of resin solids or less). It is estimated that the hexamethylenetetramine content should be 3% or less, preferably 1.5% -2.5%.

Beispiel 1 demonstrierte, daß die Herstellung einer zufriedenstellenden Söderberg-Masse mit Novolakharz als Binder einen Phenolgehalt des Novolakharzes von weniger als 6% erforderlich macht. Es wird geschätzt, daß der Gehalt des Novolakharzes an freiem Phenol vorzugsweise höchstens 4% betragen sollte.Example 1 demonstrated that the preparation of a satisfactory Söderberg mass with novolak resin as binder requires a phenolic content of the novolak resin of less than 6%. It is estimated that the content of the novolak resin of free phenol should preferably be at most 4%.

Die Erfindung bietet den Industriebetrieben, die mit Söderberg-Elektrode arbeiten, mehrere wichtige Vorteile. Die Dichte einer Elektrode korreliert mit solchen Eigenschaften, wiez. B. Festigkeit, Erosionsbeständigkeit, spezifischem elektrischem Widerstand und Kohleverbrauch. Die in Übereinstimmung mit dieser Erfindung hergestellten Elektroden werden bessere Eigenschaften im Vergleich zu Kohlenteerpech aufweisen.The invention offers a number of important advantages to industrial companies using Söderberg electrodes. The density of an electrode correlates with such properties, e.g. Strength, erosion resistance, electrical resistivity and coal consumption. The electrodes made in accordance with this invention will have better properties compared to coal tar pitch.

Die Daten in den Beispielen demonstrieren, daß mit den kohlenstoffreichen Novolakphenolharzen dieser Erfindung zufriedenstellende und sogar leistungsfähigere Söderberg-Massen hergestellt werden können.The data in the examples demonstrate that satisfactory and even higher performance Söderberg compositions can be made with the high-carbon novolac phenolic resins of this invention.

Obwohl kalzinierter Pulveranthrazit ein bevorzugtes kohlenstoffhaltiges Aggregat für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung darstellt, können diese und ähnliche Aggregatstoffe, die zur Verwendung geeignet sind, mit Pulveranthrazit, Pulverkohle, Pulvergraphit oder dgl. gemischt werden, um die physikalischen und elektrischen Eigenschaften des Produktes, das in der Söderberg-Einrichtung hergestellt werden soll, fein abzustimmen.Although calcined powdered anthracite is a preferred carbonaceous aggregate for use in the present invention, these and similar aggregates suitable for use may be blended with powdered anthracite, powdered carbon, powdered graphite or the like to improve the physical and electrical properties of the product in the Söderberg facility is to be fine-tuned.

Die Anwendung der Erfindung bietet im allgemeinen Vorteile hinsichtlich der erforderlichen Bindermenge, der Reinheit des Binders, einer wesentlichen Reduzierung des Anteils unerwünschter chemischer Stoffe, einer besseren Struktur in dem Produkt, der leichten Verfügbarkeit von Rohstoffen und besserer Umweltsicherheit im Vergleich zu KohlenteerpechThe application of the invention generally offers advantages in terms of the amount of binder required, the purity of the binder, a substantial reduction in the level of unwanted chemicals, a better structure in the product, the ready availability of raw materials, and better environmental safety compared to coal tar pitch

Ein Phenolharzbinder, der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gewählt wird, bietet somit bei einer Verwendung in Anteilen von 10-15% Binderfeststoffen, bezogen auf das kohlenstoffhaltige Aggregat, eine Binderleistung in der Söderberg-Masse sowie in dem verkokten Produkt, die mit der Leistung vergleichbar ist, welche bei Verwendung von Pech in einer Menge von 30% bis 35%, bezogen auf die Aggregatmasse, erreicht wird. Thus, when used in proportions of 10-15% binder solids based on the carbonaceous aggregate, a phenolic resin binder chosen in accordance with the present invention will provide a binder performance in the Söderberg mass as well as in the coked product with performance is comparable, which is achieved when using pitch in an amount of 30% to 35%, based on the aggregate mass.

Aschegehalt und Reinheit des Binders sind außerordentlich wichtig für die Anoden- und Elektrodenleistung. Die Verwendung eines Harzbinders in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine bessere Kontrolle dieser ParameterAsh content and purity of the binder are extremely important for anode and electrode performance. The use of a resin binder in accordance with the present invention allows for better control of these parameters

Dagegen stellt die Industrie fest, daß die Kontrolle dieser Parameter bei Verwendung von Kohlenteerpech zunehmend schwierig ist. Ähnlich ermöglicht die Verwendung eines Harzbinders in Übereinstimmung mit der Erfindung eine bessere Kontrolle solcher Variabler, wie z. B. unlöslicher Chinolon- (Chinolin-) Substanzen, Benzensubstanzen und dgl., die bei Verwendung eines Pechbinders oft als problematisch gelten. Im Ergebnis wird das allgemein übliche Mischen verschiedener Kohlenteerpechsorten für optimale Gebrauchsleistung überflüssig. Die Gleichmäßigkeit des Produktes von Charge zu Charge und die Möglichkeit einer gleichbleibenden Herstellung, die hohen Spezifikationen für optimale Leistung genügen, werden erhöht In contrast, the industry notes that the control of these parameters is increasingly difficult when using coal tar pitch. Similarly, the use of a resin binder in accordance with the invention allows for better control of such variables, e.g. B. insoluble quinolone (quinoline) substances, benzene substances and the like., Which are often considered problematic when using a pitchbinder. As a result, the general mixing of different coal tar pitches for optimum performance is rendered unnecessary. The uniformity of the product from batch to batch and the possibility of consistent production, which meet high specifications for optimum performance, are increased

Die Herabsetzung der erforderlichen Bindermenge in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung bietet die Möglichkeit für eine bessere Kontrolle der Anodenporosität, die für die Kontrolle elektrischer Eigenschaften ausschlaggebend ist. Allgemein wird eine bessere strukturelle Integrität erreicht. Ähnlich kann in vielen Fällen eine bessere Erosionsbeständigkeit beobachtet werden. The reduction in the amount of binder required in accordance with the present invention provides the opportunity for better control of anode porosity, which is critical to controlling electrical properties. Generally, better structural integrity is achieved. Similarly, better erosion resistance can be observed in many cases.

Was die Umweltsicherheit betrifft, so werden Verschmutzung und Gasentwicklung wesentlich reduziert, was ein entscheidender Vorteil für die einheimische Industrie ist. Das Krebsrisiko, das mit dem Entweichen von Stoffen aus Kohlenteerpech in die Atmosphäre verbunden sein könnte, wird herabgesetzt.As far as environmental safety is concerned, pollution and gas production are significantly reduced, which is a key benefit for domestic industry. The risk of cancer associated with the release of coal tar pitch air into the atmosphere is reduced.

Obwohl die Erfindung in dieser Patentanmeldung unter Bezugnahme auf die Einzelheiten bevorzugter Ausführungsarten der Erfindung beschrieben wird, ist diese Beschreibung in einem veranschaulichenden und nicht einschränkenden Sinne zu verstehen; ebenso sind Änderungen durch den Fachmann täglich, ohne vom Gehalt der Erfindung und vom Geltungsbereich der beigefügten Ansprüche abzuweichen.Although the invention is described in this patent application with reference to the details of preferred embodiments of the invention, this description is to be understood in an illustrative and non-limiting sense; Likewise, changes by the skilled person daily without departing from the spirit of the invention and the scope of the appended claims.

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung einer Söderberg-Elektrode, das folgende Schritte einschließt:1. A method of making a Söderberg electrode, comprising the steps of: (1) Durchleiten einer Zulaufzusammensetzung aus harzbeschichteten, kohlenstoffhaltigen Teilchen durch drei Zonen für die Bildung der Söderberg-Elektrode, wobei sich die Zulaufzusammensetzung in einer ersten Zone in Form diskreter, freifließender Teilchen zu einer Brennzone abwärtsbewegt;(1) passing a feed composition of resin-coated carbonaceous particles through three zones to form the Soderberg electrode, the feed composition descending in a first zone in the form of discrete free-flowing particles to a firing zone; (2) Durchleiten der Zulaufzusammensetzung in der Brennzone durch ein Temperaturgefälle und ihre Umwandlung von diskreten, freifließenden Teilchen zu einer Schicht oder einem Bett aus einer viskosen Masse, die sich zur elektrodenbildenden und Verbrauchszone abwärtsbewegt, und(2) passing the feed composition in the firing zone through a temperature gradient and converting it from discrete free flowing particles to a layer or bed of viscous mass moving down to the electrode forming and consumable zones, and (3) Härten der Masse in der elektrodenbildenden und Verbrauchszone zu einer Dauerelektrodenform und anschließendes Verbrauchen der Form als kontinuierlich gebildete Söderberg-Elektrode;(3) hardening the mass in the electrode forming and use zone to a permanent electrode shape and then consuming the mold as a continuously formed Söderberg electrode; dadurch gekennzeichnet, daß als Zulaufzusammensetzung eine Mischung aus harzbeschichtetem, kohlenstoffhaltigem Aggregat, Weichmacher mit einem Siedepunkt von mindestens 2000C und in einem Anteil von 0 bis 5 Masseanteilen in %, bezogen auf die Gesamtmasse von Harzfeststoffen und Weichmacher, und 0 bis höchstens 5% Masseanteilen in % Hexamethylentetramin, bezogen auf Harzfeststoffe verwendet wird, wobei das harzbeschichtete, kohlenstoffhaltige Aggregat ein Novolakphenolharz einschließt, das auf Teilchen eines kohlenstoffhaltigen Teilchenaggregats aufgebracht ist.characterized in that as feed composition a mixture of resin coated carbonaceous aggregate, plasticizer having a boiling point of at least 200 0 C and in a proportion of 0 to 5 parts by mass in%, based on the total weight of resin solids and plasticizer, and from 0 to a maximum of 5% % By weight of hexamethylenetetramine, based on resin solids, wherein the resin-coated carbonaceous aggregate includes a novolak phenolic resin coated on particles of a carbonaceous particle aggregate. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulaufzusammensetzung Pech in einem Masseanteil einschließt, der dem Masseanteil des Novolakphenolharzes entspricht oder darunterliegt.A method according to claim 1, characterized in that the feed composition includes pitch in a mass fraction equal to or less than the mass fraction of the novolac phenolic resin. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Weichmacher einen Siedepunkt von mindestens 250°C hat.3. The method according to claim 1, characterized in that the plasticizer has a boiling point of at least 250 ° C. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Weichmacher einen Siedepunkt von mindestens etwa 2000C hat und aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus einem Glykol, Glykolester, anderen Estern, aromatischem Alkohol, Anthracenöl, Pyrol und ihren Mischungen besteht.4. The method of claim 1, characterized in that the plasticizer has a boiling point of at least about 200 0 C and is selected from the group consisting of a glycol, glycol esters, other esters, aromatic alcohol, anthracene oil, pyrol and their mixtures. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Glykol aus Diethylenglykol oder Triethylenglykol besteht.5. The method according to claim 4, characterized in that the glycol consists of diethylene glycol or triethylene glycol. 6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Glykol ein Polyethylenglyko! ist.6. The method according to claim 4, characterized in that the glycol is a polyethylene glycol! is. 7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Weichmacher ein zweibasiger Ester ist, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Adipindimethylester, Glutarindimethylester, Succindimethylester und ihren Mischungen besteht.7. The method according to claim 4, characterized in that the plasticizer is a dibasic ester selected from the group consisting of adipine dimethyl ester, glutarine dimethyl ester, Succindimethylester and their mixtures. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Weichmacher ein aromatischer Alkohol ist.8. The method according to claim 1, characterized in that the plasticizer is an aromatic alcohol. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Weichmacher eine heterocyclische Verbindung, wie z. B. 2-Pyrrolidon ist.9. The method according to claim 1, characterized in that the plasticizer is a heterocyclic compound, such as. B. 2-pyrrolidone. 10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Weichmacher eine Anthracenverbindung, wie z. B. Anthracenöl, oder eine Naphthalverbindung ist.10. The method according to claim 1, characterized in that the plasticizer is an anthracene compound, such as. As anthracene oil, or a naphthalene compound. 11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz einen freien Phenoigehaltvon höchstens 4 Masseanteilen in %, gemessen durch gaschromatographische Analyse, hat und durch einen Mindestschmelzpunkt von 100°C gekennzeichnet ist.11. The method according to claim 1, characterized in that the resin has a free phenol content of at most 4 parts by mass in%, as measured by gas chromatographic analysis, and is characterized by a minimum melting point of 100 ° C. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt des Harzes an flüchtigen Substanzen insgesamt maximal 5 Masseanteile in % seines Feststoffgehaltes beträgt.12. The method according to claim 11, characterized in that the content of the resin in volatile substances is a total of at most 5 parts by mass in% of its solids content. Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Söderberg-Elektrode.The invention relates to a method for producing a Söderberg electrode.

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