DE2133847C3

DE2133847C3 - Verfahren zur Prüfung von nicht oxy dierbaren warmedammenden Auskleidungsma teriahen fur Aluminium Elektrolysezellen auf Kryohthbestandigkeit

Info

Publication number: DE2133847C3
Application number: DE2133847A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Dipl.-Chem. Dr. Klingnau Huwyler; Wolfgang Dr.Ing. Chippis Schmidt-Hatting
Original assignee: Schweizerische Aluminium AG
Current assignee: Alcan Holdings Switzerland AG
Priority date: 1970-07-17
Filing date: 1971-07-07
Publication date: 1974-11-21
Also published as: DE2133847B2; US3688559A; ZA714495B; AT309091B; NL152358B; NO142462B; BE770044A; DE2133847A1; JPS5627823B1; NO142462C; AU461233B2; CH557886A; GB1349779A; CA928101A; NL7108820A; AU3132971A; FR2101751A5

Description

befindet sich in einer mit Kohlenstoff 11 ausgekleide- chen werden.

ten Stahlwanne 12, die mit einer thermischen Isola- Die langfristigen Veränderungen, weiche die Aus-

tion 13 aus hitzebeständigem, wärmedämmendem 45 kleidungsmaterialien in der Zelle durch den Angriff

Auskleidungsmaterial versehen ist. Das kathodisch der Badkomponenten durchmachen, werden in dem

abgeschiedene Aluminium 14 liegt auf dem Boden Labortest auf einfache Weise und in sehr kurzer Zeit

15 der Zelle. Die Oberfläche 16 des flüssigen Alumi- _zur Erscheinung gebracht.

niums stellt die Kathode dar. In die Kohlenstoffaus- Für den Test werden aus den zu prüfenden Auskleidung 11 sind eiserne Kaihodenbarreii 17 einge- 50 kieidungsmateriaiien Proben geschnitten. Man wählt lassen, die den Strom aus dem Boden der Zelle nach zweckmäßigerweise eine Größe von etwa außen führen. In die Fluoridschmelze 10 tauchen 35 X 35 x 65 mm, die sich als handlich erwiesen von oben Anoden 18 aus amorphem Kohlenstoff ein, hat; andere Größen sind selbstverständlich auch die den Gleichstrom dem Elektrolyten zuführen. Sie brauchbar. An diesen Proben werden zunächst die sind über Stromleiterstangen 19 und durch Schlösser 55 scheinbare Dichte und die Kaltdruckfestigkeit ermit-20 mit dem Anodenbalken 21 fest verbunden. Der telt.

Elektrolyt 10 ist mit einer Kruste 22 aus erstarrter Weitere Proben werden auf 800 ± 20° C erwärmt Schmelze und einer darüber befindlichen Tonerde- _und mindestens einen Tag lang auf dieser Temperaschicht 23 bedeckt. Der Abstand d der Anodenunter- tür gehalten; anschließend wird deren Kaltdruckfeseite 24 zur Aluminiumoberfläche 16, auch Interpo- 60 stigkeit bestimmt. Ein Abfall der Kaltdruckfestigkeit lardistanz genannt, läßt sich Heben oder Senken des nach erfolgter Erwärmung läßt bereits auf eine Anodenbalkens 21 mit Hilfe der Hubwerke 25 ver- Schwächung der Struktur durch reine Temperaturändern, die auf Säulen 26 montiert sind. Infolge des einwirkung schließen.

Angriffs durch den bei der Elektrolyse in Freiheit ge- Weitere Proben werden in Kryolithpulver eingesetzten Sauerstoff verbrauchen sich die Anoden an 65 packt, vorzugsweise in einem Graphittiegel, und für ihrer Unterseite täglich um etwa 1,5 bis 2 cm je nach mindestens einen Tag auf 500 ± 20° C erwärmt, ab-Zellentyp. gekühlt, von anhaftendem Kryolith gereinigt und auf Die thermische Isolation 13 besteht meistens, in Schrumpfung oder Volumenzunahme geprüft; es

wird auch untersucht, ob gleichzeitig eine Gewichtsveränderung eingetreten ist. Für den Einbau in Elektrulysezellen gut geeignete Materialien dürfen weder eine nennenswerte Schrumpfung noch eine nennenswerte Volumenzunahme noch nennenswerte Gewichtsveränderungen aufweisen. Die Prüfung wird ergänzt durch die Bestimmung der Kaltdruckfestigkeit der in Kryolith erwärmten Probekörper. Für die Brauchbarkeit der Materialien sollte die KaltdruckfestigMt der in Kryolith erwärmten Proben gegenüber derjenigen der nicht in Kryolith erwärmten Proben keinen nennenswerten Unterschied zeigen. Hierbei kann es vorkommen, daß nach erfolgter Temperatureinwirkung mit oder ohne Kryolith eine höhere Druckfestigkeit auftritt; das läßt auf eine unerwünschte Versprödung des Materials schließen. Eine verminderte Druckfestigkeit anderseits beweist einen Angriff durch den Kryolith. Solche beim Test in nennenswerter Weise veränderte Materialien sind für die Auskleidung von Aluminium-Elektrolysezellen nicht geeignet. Materialien dagegen, welche diesen Test ohne nennenswerte Veränderung bestehen, sind zum Einsatz in Zellenbereichen niedriger Temperatur geeignet.

Es folgt der gleiche Test im Kryolith, jedoch bei einer Temperatur von 800 ± 20° C (Dauer wiederum mindestens ein Tag), Die Kriterien der Beurteilung sind die gleichen wie nach der Erwärmung auf 500 ± 10° C. Materialien, die auch diese Beanspruchung ohne nennenswerte Veränderungen überstanden haben, sind zur Verwendung in Alumi-

to nium-EIektroIysezellen ohne Einschränkung einsetzbar, sofern ihre Absolutwerte für Festigkeit und thermische Leitfähigkeit es zulassen.

Es hat sich gezeigt, daß zwischen den Ergebnissen dieses Tests und dem Verhalten der Materialien in den Elektrolysezellen eine gute Korrelation besteht. Es läßt sich dabei das Risiko, das vor allern beim Einsatz von neuen, bisher nicht verwendeten Materialien besteht, erheblich reduzieren.

Die Erhöhung der Zellenlebensdauer, die durch so geprüfte Materialien möglich wird, gestattet eine beträchtliche Senkung .'<;r Aluminium-Gestehungskosten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

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der Reihenfolge von der Fluoridschmelze lö nach

Verfahren tut Prüfung von nicht oxydierbaren, medämmenden Materials ^!%%%£

v/ärnwdiiramenden Auskleidungsmaterialien for 5 niger ^mpereturbestanÄgen, dafür aber gut warme-

Alummium-Elektrolysezelten auf KryoUthbestän- dämmenden ^¹⁸»⁰⁰^¹⁸™ ¹^

digkeit, dadurch gekennzeichnet, daß Im Laufe der

Probekörper des Auskleidungsmaterials vorberei- flüssige und ^^f.^S^Smää^Jn tet werden, wovon ein Teil unbehandelt bleibt, Kohlenstoffschicbt 11 bis ^ ^"^^"Τ"' ein Teil in Kryolith eingepackt und mindestens «. den Auskleidungssch.cbten vonZw.schen den Badeinen Tag lang auf 500 ± 10⁰C gehalten ond komponenten und diesen ^^Γη o'wS
ein weiterer Teil in Kryolitbpulver eingepackt ttonsmaterialien kann es zu chemischen Reaktionen und mindestens einen Tag lang auf 800 ± 20° C kommen, welche die IsolaOonsmatermhen angre, en. gehalten wird, worauf die Kaltdruckfestigkeit Dieser Angriff kann entweder emen Zerfall der iso-(Druckfestigkeit bei Raumtemperatur), die t₅ Iationsmaterialien, oder aber deren Schrumpfung scheinbare Dichte und die Dimension der behan- oder Volumenausdehnung ^""ken Alle diese Efdelten Probekörper mit den entsprechenden Wer- fekte verringern die Festigkeit der warmedarnmenden ten der unbehandelten Probekörper verglichen Auskleidung 13 und damit die Lebensdauer der werden Elektrolysezelle. Die Folge ist eine frühzeitige und

2o kostspielige Reparatur, die mit einem Produktionsausfall verbunden ist. Weiterhin erhöht sich der

Spannungsabfall im Kohleboden 11 stark, was eine

Verschlechterung des spezifischen elektrischen Ener-

Die Erfindung betrifft eine Methode zur Prüfung gieaufwandes (kWh/kg Al) verursacht

von nicht oxydierbaren, wärmedämmenden Ausklei- 15 Die geschilderten Schwierigkeiten lassen sich ver-

dungsmaterialien für Aluminium-Elektrolysezellen ringern oder gänzlich vermeiden, indem tür die tner-

auf Kryolithbeständigkeit. mische Isolation 13 kryolithbtsta.'.dige Auskle.-

Für die Gewinnung von Aluminium durch Elek- dungsmaterialien eingesetzt werden,

trolyse von Aluminiumoxyd (AUO₃, Tonerde) wird Es ist daher notwendig, die Auskleidungsmatena-

dieses in einer Fluoridschmelze gelöst. Die Elektro- 30 lien vor dem Einbau in die Zelle auf Kryolithbestan-

lyse erfolgt in einem Temperaturbereich von etwa digkeit zu untersuchen.

940 bis 975° C. Das kathodisch abgeschiedene Alu- Die erfindungsgemäße Methode besteht dann, daß

minium sammelt sich unter der Fluoridschmelze auf Probekörper des Auskleidungsmatenals vorocrcitet

dem Boden der Zelle. In die S. hmelze tauchen von werden, wovon ein Teil unbehandelt bleibt, ein Teil

oben Anoden aus amorphem Kohlenstoff ein. An 35 in Kryolith eingepackt und mindestens einen Tag

den Anoden entsteht durch die elektrolytische Zer- lang auf 500 ± 10° C gehalten und ein weiterer Teil

setzung des Aluminiumoxids Sauerstoff, der sich mit in Kryolithpulver eingepackt und mindestens einen

dem Kohlenstoff der Anoden zu CO und CO, ver- Tag lang auf 800 ± 20° C gehalten wird, worauf die

bindet. " Kaltdruckfestigkeit (Druckfeshikeit bei Raumtempe-

Das Prinzip einer Aluminium-Elektrolysezelle geht 40 ratur), die scheinbare Dichte und die Dimensionen

aus der Figur hervor, die einen Schnitt in Längsrich- der behandelten Probekörper mit den entsprechen-

tung zeigt. Die Fluoridschmelze 10 (der Elektrolyt) den Werten der unbehandelten Probekörper vergli-