DE2639041A1

DE2639041A1 - Kohleelektrode fuer die elektrometallurgische produktion

Info

Publication number: DE2639041A1
Application number: DE19762639041
Authority: DE
Inventors: Vaughn Lynn Bullough; Luther Olen Daley
Original assignee: Reynolds Metals Co
Current assignee: Reynolds Metals Co
Priority date: 1975-08-28
Filing date: 1976-08-30
Publication date: 1977-03-10
Also published as: CA1078601A; JPS5238404A; JPS6035438B2; AU1723776A; AU505340B2; US4072599A; GB1560558A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Kohleelektroden für die Hüttenindustrie. Sie bezieht sich insbesondere auf Elektroden, die hochreine kohlenstoffhaltige Bindemittel enthalten, hergestellt durch Solventraffination von Fettkohle, zur Gewinnung von aschefreien solventraffinierter Kohle. Speziell bezieht sich die Erfindung auf Bindemittel mit ausreichender Oxydationsbeständigkeit und thermischer Beständigkeit zur Benutzung im Rahmen von üblichen industriellen Fertigungsprogrammen für Kohleelektroden.

Fettkohle oder bitumenhaltige Kohle ist als Bitumen nur im all-

7 0 9810/1061 owGtKAL inspected

Telefon (0821) 576089) Telegr.-Adr.: ELPATENT — Augsburg

Deutsche Bank AG Augsburg Kto.-Nr. 08/34 192 Bankleitzahl 720 700 01

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gemeinen Sinne anzusprechen und wird zusammen mit Braunkohle, Torf und Anthrazit richtig als nicht-asphaithaltiges Pyrobitu- men klassifiziert; Ein echtes Bitumen ist demgegenüber reversibel schmelzbar. Als industriell verwendete Bitumen werden genauer nur diejenigen Komponenten bezeichnet, die in Schwefelkohlenstoff löslich sind. Die Löslichkeit von Fettkohle in Schwefelkohlenstoff beträgt üblicherweise weniger' als 1 %.

Werden Fettkohlen industriell erhitzt, ergeben sich als Nebenprodukte pyrogene Destillationsprodukte, die als Gaswerks—Steinkohlenteer, Kokereisteinkohlenteer, Hochofensteinkohlenteer und Generatorgas-Steinkohlenteer bekannt sind. Diese Teere, deren Zusammensetzung variabel ist, sind im allgemeinen flüssig, ölig, verhältnismässig leichtflüchtig, weitgehend löslich in Schwefelkohlenstoff und liefern wasserlösliche Sulfonierungsprodukte.

Werden diese Teere teilweise verdampft oder destilliert, so ergeben sich pyrogene Rückstände, die als entsprechend benannte Peche identifiziert werden. Diese Peche, deren Zusammensetzung ebenfalls wechselt, sind zähflüssig bis" fest, klebrig oder nichtklebrig, verhältnismässig schwerflüchtig, schmelzbar, auch leichtlöslich in Schwefelkohlenstoff und ergeben ebenfalls wasserlösliche SuIfonierungsprodukte.

Elektroden, wie sie als Kohleelektroden bei der Elektrolyse in der Aluminiumproduktion benutzt werden, sind lange Zeit durch Mischen eines pechartigen Bindemittels mit zerkleinerten Koksen hergestellt worden, wobei Bindemittel oder Koks aus Erdöl oder Kohle gewonnen war. Durch Verkoken wird dieses Pech zu Kohle umgewandelt, wodurch das Koksgemenge verbacken wird. Art und Reinheit des Kokses bestimmt im allgemeinen die endgültige Verwendbarkeit der Elektroden. Aus Kohle gewonnene Peche, die normalerweise als Elektrodenbindemittel benutzt werden, mußten einem verschärften Krackprozeß der Teerzwischen-

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produkte durch Wärme oder auf katalytischem Wege unterworfen werden, weil diese Peche (ebenso wie Kohleextrakte, wenn der Wasserstoff nicht verwendet wird) bekanntermaßen unstabile Viskositätsverhältnisse zeigen, so daß sich ein katalytischer oder Hochtemperatur-Krackvorgang als erforderlich erwies, um brauchbare Viskositätsverhältnisse für die industrielle Herstellung von Soderberg- oder vorgebrannten Elektroden zu erhalten. Man nimmt an, daß der Grund dafür das Vorhandensein unstabiler freier Radikale bei Tieftemperaturteeren ist, die nur durch Kracken oder in Gegenwart von Wasserstoff stabilisiert werden.

Diese Stabilisierung scheint nur ein Teil des Verfahrens zu sein, das erforderlich ist, um die allgemein verwendeten bekannten Pech-Bindemittel herzustellen, wie Bitumen, Asphalte, Steinkohlenteerpech, ölteerpech, Teere, Kunstharze, Gilsonit usw., wie es in der US-Patentschrift 2 998 375 als Destillation, Kracken, Solventextraktion, Konzentrieren usw. beschrieben ist, welche einzelnen Schritte wegen der Kompliziertheit, der Heterogenität und ünvorhersehbarkeit der chemischen Struktur von Kohlen erforderlich sind. Während der fünfziger Jahre beispielsweise bestand für Elektrodenbindemittel eine Theorie, die die Qualität eines Bindemittels in Verbindung mit der Menge des in verschiedenen Lösungsmitteln, z.B. Benzol und Chinolin, Löslichen brachte, so daß heute noch Spezifikationen für Elektrodenbindemittel vorgeschrieben werden, in denen Höchst- oder Mindestwerte bestimmter löslicher Fraktionen angegeben sind.

Die Herabsetzung des Erweichungspunkts für Steinkohlenteer-Hartpech (Destillationsrückstand) auf etwa 32 bis 38°C wird in der US-Patentschrift 2 297 455 gelehrt, wozu eine Zugabe von 40 bis 50 % Anthrazenöl, Benzolwaschöl, Steinkohlenteeröl u. dgl. vorgeschrieben wird sowie mehrstündige Erhitzung ohne Entfernung des Zusatzes, um ein Pech herzustellen, das hinsichtlich der Kälteschockempfindlichkeit mit Erdölasphalt

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vergleichbar ist.

Steinkohlenteerpech als das meistbenutzte Bindemittel wird in der US-Patentschrift 2 683 107 in vier Fraktionen unterteilt, die sich hinsichtlich der Klebrigkeit und der Löslichkeit in sich und in organischen Lösungsmitteln unterscheiden. Die in sich selbst unlösliche Fraktion liegt als suspendierter Festkörper vor. Diese Fraktion wird durch Erhitzen des Pechs auf Temperaturen zwischen 150 und 400° C und Filtrieren beseitigt oder durch Lösen des Steinkohlenteerpechs in einem aromatischen Lösungsmittel mit hohem Siedepunkt und .anschliessendes Filtrieren. Das Filtrat kann nach dem Entfernen des etwa verwendeten Lösungsmittels auf einer Temperatur zwischen etwa 400 und 525 C gehalten werden, bis es einen Erweichungspunkt zwischen etwa 85 und etwa 125° C erreicht hat.

Nach dem Entfernen dieser suspendierten festen Bestandteile kann das Bindemittel als Tränkmittel in die Poren eines kohlehaltigen Körpers eindringen, ohne die Poren durch suspendierte feste Bestandteile zu verstopfen, so daß sich verdichtete Kohle- oder Graphitelektroden herstellen lassen. Durch das Entfernen dieser Bestandteile wird die Reaktionsfähigkeit der Kohleelektroden so lange nicht beeinträchtigt als das unlösliche Material weniger als 15 Gew.% ausmacht und keine anorganische Substanz ist.

Ein Kohlelösungsvorgang wird in der US-Patentschrift 3 240 beschrieben; bei diesem Vorgang soll die Asche von der Kohle weggenommen werden, um eine praktisch aschefreie Kohle zu erzeugen, die bei der Herstellung von für die Zwecke der elektrometallurgischen Industrie geeigneten Kohleelektroden verwendet werden kann. Bei diesem Verfahren wird ein Extraktionsöl mit zerkleinerter und getrockneter Fettkohle in einem Gewichts verhältnis zwischen 1 : 1 und etwa 6 : 1 vermischt und

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das Gemisch wird digeriert, durch Zentrifugieren getrennt, konzentriert und verkokt. Als Extraktionsöl dient ein aromatisches, flüssiges Lösungsmittel vom Typ des Kohlen» wasserstoff-Teeröls, etwa hochsiedende Anthrazenölfraktionen.

Nach dem Destillieren eines leichtflüssigen Öls von der di^ gerierten Kohle wird die Asche durch Zweistufenzentrifugieren entfernt« Der erste überlauf stellt solventraffinierte Kohle als eine Kohlelösung dar, von der 75 bis 85 % als aromatischer Kohlenwasserstoff vom Teeröltyp entfernt werden, bevor bei 550 bis 700 ⁰C verkokt wird. Der abgenommene Kohlenwasserstoff ist brauchbar als Anfangslösungsmittel für das Digerieren. Kokse aus Kentucky- bzw. Alabama-Kohle wiesen nach dem Brennen bei 134O°C Aschegehalte von 0,58 % bzw. 0,76 % auf.

Bei dem Verfahren nach der US-Patentschrift 3 562 783 wird Magerkohle bei 350 bis 400° C digeriert mit einem aus der Kohle selbst gewonnenen Lösungsmittel. Etwa 30 bis 40 % der Kohle plus 5 % von mit Kohle umgesetztem und polymerisiertem Lösungsmittel wird als undestillierbares Pechbindemittel zur Herstellung von Formkoks gewonnen, der als Teil einer Hochofenbeschikkung eingesetzt wird. Das Bindemittel wird nicht stabilisiert gegenüber Oxydations- oder thermischer Polymerisation, obwohl diese Peche notorisch unstabile Viskositätsverhältnisse aufweisen.

In der US-Patentschrift 3 801 342 wird ein Verfahren zum Anreichern von Torf-Bindemittelpechen beschrieben, zu deren Gewinnung zunächst eine Niedertemperaturverkokung von Braunkohle vorgenommen wird, bei der ein Teer und ein Holzkohle-Rückstand entstehen, danach der Teer air Erzeugung von Braunkohlepechen destilliert wird, drittens durch verzögertes Verkoken oder thermisches Kracken der Braunkohlenpeche ein öl hergestellt wird und viertens durch Destillieren dieses Öls ein Pechrückstand gewonnen wird, der als Bindemittel für Kohleelektroden geeignet

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ist. Bei diesem Anreicherungsverfahren wird der Niedertemperatur-Pechrückstand mit gesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffen mit 7 bis 9 Kohlenstoffatomen extrahiert, und es bleibt ein von Aliphaten freies Bindemittelpech zurück, das bei Kombination mit Braunkohlenkoks zu Kohleelektroden formbar ist, die einen niedrigeren spezifischen elektrischen Widerstand und deutlich höhere mechanische Festigkeit zeigen im Vergleich zu ähnlichen Elektroden, die aber die genannten Aliphate enthalten.

Bei der Technik der Kohleelektrodenherstellung muß das Bindemittel von sich aus und in Mischung mit anderem kohlehaltigen Material stabil sein, wenn es während längerer Zätabschnitte auf erhöhter Temperatur (150 bis 170° C) gehalten wird. Der Versuch, ein in seinem Oxydations- oder thermischen Verhalten unstabiles Bindemittel zu verwenden, führt zu ernsten mechanischen Schwierigkeiten und kann den gesamten Herstellungsprozeß scheitern lassen. Diese Stabilität zeigt sich in Form einer guten Stabilität der Viskosität, die sowohl für die Aufrechterhaltung des Bindemittels in heissem flüssigen Zustand als auch für gleichbleibendes theologisches Verhalten beim Arbeiten mit Soderberg-Anoden wichtig ist.

Jedoch muß der Koks auf hohe Temperatur (ungefähr 1200° C) erhitzt werden, bevor das Bindemittel zugegeben und die Kohlemasse bereitet wird. Diese Wärmebehandlung ist erforderlich, um eine geeignete spezifische elektrische Leitfähigkeit herbeizuführen und um das kohlehaltige Material vorschrumpfen zu lassen und dadurch das Schrumpfen und die Formänderung der geformten Elektrode zu verhindern. Beim Formkoksprozeß ist demgegenüber ein derartiges Vorschrumpfen nicht erforderlich. Es ist sogar unerwünscht, das Gemisch und das Bindemittel voneinander zu trennen, bevor der Gegenstand geformt wird, ausser der Koks weist derart Ballungsneigung auf, daß eine äussere Extraktion und Reformierung des Bindemittels erforder-

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lieh ist.

Da Kohleelektroden ein unentbehrliches Hilfsmittel für die elektrometallurgische Industrie darstellen, ist es sehr wünschenswert, sie durch übliche industrielle Verfahren aus einem beliebigen üblichen Koksgemenge und einem Bindemittel herstellen zu können, das aus Fettkohle als Hauptprodukt gewonnen wird und nicht als Nebenprodukt anfällt, dessen Vorhandensein von den Notwendigkeiten anderer Industrieprozesse abhängt. Infolgedessen muß ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen, aus Kohle gewonnenen Bindemittels einen Schritt enthalten, mit dem den Pechen Oxydations- und thermische Beständigkeit verliehen wird, so daß sie ohne Schwierigkeiten bei den heute üblichen Verfahren zur Herstellung von Kohleelektroden eingeschaltet werden können, indem sie entweder für sich oder mit anderen, industriell bewährten Bindemitteln zusammen benutzt werden.

Danach liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Kohleelektroden für die elektrometallurgische Industrie anzugeben; diese Kohlen sollen hergestellt sein aus einem Steinkohle- oder ölkoks und einem industriell stabilisierten Bindemittel, das aus der gesamten organischen Fraktion von Fettkohle gewonnen wird.

Ferner soll ein Verfahren zum Herstellen eines pechartigen Bindemittels angegeben werden, das als Hauptprodukt aus Fettkohle gewonnen wird und das hinsichtlich Reinheit, Festigkeit und Oxydations- wie thermischer Beständigkeit zur Herstellung von in der metallurgischen Industrie verwendbaren Kohleelektroden geeignet ist.

Dieser Aufgabenstellung entsprechend werden gemäß der Erfindung Kohleelektroden vorgeschlagen, die ein Bindemittel enthalten, das aus einer solventraffinierten Kohle ohne ther-

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misches oder industrielles Kracken gewonnen wird, das lange Zeit als völlig unvermeidbar angesehen worden war. Das Bindemittel wird aus der gesamten organischen Fraktion einer Fettkohle gewonnen. Es wird industriell stabilisiert durch ein Verfahren, bei dem die solventraffinierte Kohle für die Dauer einer Minute bei erhöhter Temperatur, etwa 200 bis 300° C mit einer kleinen Menge Lösungsmittel gefluxt wird.

Ausgehend von einer zu pulver gemahlenen Fettkohle wird nach dem Solventraffinations- und Stabilisierungsverfahren die Kohle mit einem Lösungsmittel digeriert um eine fließfähige Lösung herzustellen, dann wird das unlösliche organische Material aus der fließfähigen Lösung entfernt, so daß sich eine gereinigte Lösung ergibt, ein Teil des Lösungsmittels wird aus der gereinigten Lösung selektiv entfernt, so daß ein solventraffiniertes Pech entsteht, und dann wird das Pech einer selektiven Wärmebehandlung unterworfen, so daß ein stabiles Bindemittel entsteht, das zum Mischen mit kohlehaltigen Gemengen unter industriellen Fertigungsbedingungen geeignet ist, um für metallurgische Zwecke geeignete Kohleelektroden herzustellen.

Der Digeriervorgang ist an sich bekannt und in der US-Patentschrift 3 240 566 beschrieben; er erfordert Temperaturen von etwa 400° C bei einem Druck von 70 bis 141 kg/cm ClOOO bis 2000 psi) für die Dauer von 30 bis 60 min. Unter diesen Bedingungen erfolgt eine gewisse Zersetzung der Kohle. Neben vielen anderen Kohlenwasserstoffen werden Wasser, Methan und Schwefelwasserstoff gebildet. Während des Lösens erfolgt eine gewisse Polymerisation von durch die Dehydratisierung gebildeten Molekülbruchstücken, und der Umfang dieser Polymerisation läßt sich wirksam eindämmen bei Gegenwart von Wasserstoff während des Digerierens. Dieser Wasserstoff kann als molekularer Wasserstoff oder in Form eines

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Wasserstoff abgebenden Lösungsmittels (z.B. Tetrahydronaphthalin) vorliegen. Die Ausbeute der verschiedenen Verbindungen und der Bereich der Molekülgröße hängt von Temperatur, Druck und der Menge des anwesenden Wasserstoffs ab. Die in der Kohle vorliegenden mineralischen Substanzen sind geeignet, den geringen Umfang der Wasserstoffbildung zu katalysieren, die erforderlich ist, um einen übermässigen Umfang von Polymerisation zu verhindern.

Fig. 1 ist ein Thermogramm für ein industriell stabilisiertes Pech, gewonnen aus der gesamten organischen Substanz einer Fettkohle?

Fig. 2 ist ein entsprechendes Thermogramm für ein handelsübliches Steinkohlenteerpech, das als Bindemittel bei der Herstellung von Kohleelektroden verwendet wird;

Fig. 3 ist ein Diagramm der Erweichungspunkte für industriell stabilisierte Bindemittel aus unterschiedlichen Anteilen von solventraffiniertem Pech und Anthranzenöl als Lösungsmittel;

Fig. 4 ist ein Diagramm der Viskositäten innerhalb eines industriell nutzbaren Temperaturbereichs für ein industriell stabilisiertes Bindemittel und ein handelsübliches Steinkohlenteerpech.

Solventraffinierte Kohle, die nach dem in der US-Patentschrift 3 240 566 Cauf diese Patentschrift wird hier ausdrücklich Bezug genommen) beschriebenen Verfahren hergestellt wird, ist hart und nicht-klebrig. Sie hat etwa die nachstehend aufgeführten Eigenschaften, wenn sie durch Solventdigerieren von Fettkohle unter Zuführung von 1,0 Gew.% Wasserstoff her-

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gestellt wird:

Spezifisches Gewicht	1,25 g/cm
Gesamtschwefelgehalt	1,0 Gew.% (max)
Stickstoff	1,8 bis 2,0 Gew
Asche	0,1 Gew.%
Erweichungspunkt (Ring u. Kugel)	170°C
Conradson Kohlenstoff	61,2 Gew.%
Viskosität
a) bei 26O°C (5OO°F)	500 bis 5000 cP
b) bei 288°C (55O°F)	140 bis 300 cP
c) bei 315°C (6OO°F)	55 bis 80 cP
in Benzol Unlösliches	33 Gew.%
in Pentan Unlösliches	0,6 Gew.%
SRC (Elemente) etwa
a) C	88,41 Gew.%
b) H	5,15 Gew.%
c) N	1,84 Gew.%
d) S	0,78 Gew.%
e) O	3,72 Gew.%
f) Asche	0,10 Gew.%

, % (max)

100,00

Die Eigenschaften eines pechartigen Bindemittels, das zur Herstellung von metallurgischen Elektroden erforderlich ist, sind etwa folgende:

Verkokungswert - Conradson Erweichungspunkt (Würfel in Luft) in Benzol Unlösliches in Chinolin Unlösliches Spezifisches Gewicht Destillation (0 bis 360° C) Asche

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50 Gew.% (min) 95 bis 120°C 28 Gew.% (min)

5 bis 10 Gew.% 1,30 g/cm²

6 % (max) 0,1 Gew.%

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Beispiel 1

Eine solventraffinierte Kohle wurde kleinzerteilt mit einem Koksgemenge bei einem Versuch vermischt, eine Anodenmasse herzustellen, die zu vorgebrannten Kohleanoden geformt werden sollte, aber die Teilchen kamen bei 225° C in einem Mischgerät nicht vollständig zum Schmelzen. Die Teilchen erreichten einen plastischen Zustand, hingen aneinander und wurden hart, ohne daß sie das Koksgemenge befeuchteten oder sich mit ihm vermischten. Der Versuch blieb erfolglos.

Beispiel 2

Ein stabilisiertes Bindemittel wurde hergestellt durch Mischen gleicher Gewichtsteile einer solventraffinierten Kohle mit einem Kathodenpech, dessen Erweichungspunkt bei 60° C lag, und durch Fluxen des Gemisches in einem Ofen bei 300° C für die Dauer von 15 Minuten. Das Bindemittel war geeignet für die Herstellung von vorgebrannten Kohleanoden nach den industriell üblichen Techniken.

Beispiel 3

Bestimmte physikalische Eigenschaften vergleichbarer vorgebrannter Proben wurden mit diesem Bindemittel und mit einem handelsüblichen Bindemittel für das gleiche Koksgemenge ermittelt; es ergaben sich folgende Werte:

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Mit Kathodenpech Handelsübliches gefluxtes Binde- Bindemittel, mittel, 19 Gew.% 16 Gew.%

Scheinbare _

Dichte, g/cirr 1,49 1,54

spezif.elektr.

Widerstand

Ohm/m/mm 61 66

Beispiel 4

Sieben stabilisierte Bindemittel wurden hergestellt, indem 71 bis 83 % einer solventraffinierten Kohle mit Anthrazenöl gefluxt wurden. Die zwischen 101° C und 143° c liegenden Erweichungspunkte dieser Bindemittel sind in Fig. 3 gezeichnet, und die Viskositäten zeigt die Fig. 4 mit folgenden Werten:

Stabilisiertes Bindemittel Handelsübliches Bindemittel mit 77 % solventraffinierter mit einem Erweichungspunkt Kohle und 23 % Anthrazenöl von 12O°C

Temp.⁰C Viskosität, cP Temp.⁰C Viskosität, cP

254 25 250 250

205 136 201 1030

169 12600 169 12750

Einige dieser Bindemittel wurden auf einer heissen Platte gefluxt, andere in einem Ofen bei 180 bis 250° C.

Beispiel 5

Proben vorgebrannter Kohle wurden hergestellt durch Mischen

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eines Koksgemenges mit 18 Gew.% eines stabilisierten Bindemittels, das ebenso wie das Bindemittel aus Beispiel 3 hergestellt wurde und 17 % Anthrazenöl enthielt, Bei diesen Proben wurden folgende Prüfwerte gefunden.

Scheinbare Dichte, g/cm 1,51

spezif. elektr. Widerstand

Ohm/m/mm 66

Druckfestigkeit, kg/cm 358,5

(psi) (5093)

Soweit bekannt, sind bisher niemals für metallurgische Zwekke geeignete Elektroden aus einem Koksgemenge und einem stabilisierten, aus der gesamten organischen Fraktion einer Fettkohle bestehenden Bindemittel ohne Kracken der Kohle hergestellt worden. Wie die Thermogramme in den Fig. 1 und 2 zeigen, waren dieses Bindemittel (Fig. 1) und das handelsübliche Bindemittel (Fig. 2) ohne weiteres miteinander vergleichbar.

In Fig. 1 ist der Gewichtsverlust bei 100 mg/min für die von der Kurve 11 angegebenen Temperaturen durch die Kurve dargestellt und bei 10 mg/min durch die Kurve 13. Die thermogravimetrische Differentialanalyse als erste Ableitung der Gewichtsänderung ist in Kurve 14 bei 25 mg/min wiedergegeben. Benutzt man Al₂O₃ als Bezugsgröße, so zeigt die Kurve 15 die thermische Differentialanalyse bei 200 #uV.

In Fig. 2 ist der Gewichtsverlust bei 100 mg/min für die von der Kurve 11 angegebenen Temperaturen durch die Kurve 12 dargestellt und bei 10 mg/min durch die Kurve 13. Die thermogravimetry sehe Differentialanalyse als erste Ableitung der Gewichtsänderung ist in Kurve 14 bei 25 mg/min wiedergegeben. Benutzt man wiederum Al₃O₃ als Bezugsgröße, so zeigt die Kurve 25 die thermische Differentialanalyse bei 200 /UV.

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Fig. 1 läßt erkennen, daß unterhalb von 450° C keine endotherme oder exotherme Veränderung (molekulare Umlagerung) stattgefunden hat, und Fig. 2 zeigt, daß molekulare Umlagerungen bei etwa 509° C eingetreten sind. Diese Thermogramme zeigen den großen Bereich der thermischen Stabilität, die für die Herstellung von Kohleelektroden nach den üblichen industriellen Verfahren erforderlich ist.

Beispiel 6

Vergleichbare vorgebrannte Kohleproben wurden hergestellt durch Mischen eines Koksgemenges mit 16 Gew.% stabilisiertem Bindemittel und mit 16 % handelsüblichem Bindemittel mit einem Erweichungspunkt von 120° C. Die Druckfestigkeiten und die elektrolytischen Abbrandgeschwindigkeiten wurden in Luft und in CO₂ bestimmt. Typische Prüfwerte, basierend auf mehreren Elektrodenproben, sind in Tabelle I wiedergegeben. Die Testproben wurden als "weich" angesprochen, während sie entkernt und bearbeitet wurden.

Beispiel 7

Vergleichbare Proben von Soderberg-Anoden wurden hergestellt mit einem stabilisierten industriellen Bindemittel aus 77 % solventraffinierter Kohle und 23 % Anthrazenöl, und mit dem gleichen handelsüblichen Bindemittel mit einem Erweichungspunkt von 120° C, wie es in den Versuchen nach den Beispielen 2 bis 6 verwendet worden iät. Druckfestigkeiten und elektrolytische Abbrandgeschwindigkeiten wurden in Luft und in CO₂ untersucht. Typische Prüfwerte, basierend auf mehreren Elektrodenproben sind in riabelle II wiedergegeben.

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Beispiel 8

Eine solventraffinierte Kohle aus Fettkohle aus dem Kohlenflöz Nr. 11 in Western Kentucky mit einem Erweichungspunkt von 175° C wurde mit 16,7 % Anthrazenöl gefluxt, um ein industriell stabilisiertes Bindemittel herzustellen. Ein geeignetes Gemenge von ölkoks wurde bei 170° C mit diesem stabilisierten Bindemittel vermischt, um eine Masse mit einem Bindemittelgehalt von 18 % zu bereiten. Die Masse wurde durch Pressen zu Testelektroden geformt, die 48 Std. lang in einem Laboratoriums Brennofen bei einer Temperatur von 1200 C gebrannt wurden. Diese Testelektroden hatten eine scheinbare Dichte von 1,53 g/cm , einen spezifischen elektrischen Wider-

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stand von 64 Ohm/m/mm und eine Druckfestigkeit von 359 kg/cm (5100 lbs/in ). Diese Eigenschaften sind vergleichbar mit Testelektroden, die unter den gleichen Bedingungen aus handelsüblichem Steinkohlenteerpech hergestellt wurden.

Tabelle I

Bindemittel stabilisiert 25 Gew.%	64	handelsüblich 25 Gew.%
spez .elektr.Widerstand Ohm/m/mm	1,53	60
scheinbare Dichte, g/cm	313 (4456)	1,56
2 Druckfestigkeit, kg/cm (psi)	112,4	481 (6843)
Abbrand, elektroIytisch,%	42	112,3
ο Abbrand in Luft, mg/h/cm	160	38
Haut, mg/cm	326,8	102
2 Gesamt, mg/cm	23	252,3
2 Abbrand in CO₂, mg/h/cm	38	36
Haut, mg/cm	84,4	58
Gesamt, mg/cm	129,3

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.... . ; Tabelle II:-	64	handelsüblich 25.Gew.%
	1,49 ;	59
■ ' ■■"-■:■■.-■--.:-,::- Γ- ■ ' - - -,- Bindemittel-" . . ._: stabilisiert : 25 Gew.%	405 (5758)	. . 1,57
spez.elektr.Widerstand Ohm/m/mm	121,3	470 (6684)
scheinbare Dichte, g/cm	45	111,5
ο Druckfestigkeit, kg/cm (psi)	258	42 -.
Abbrand, elektrolytisch, %	438,1	85
Abbrand in Luft, mg/h/cm	13	253,6
2 Haut, mg/cm	22	12
2 Gesamt, mg/cm	47,7	13
2 Abbrand in CO-, mg/h/cm		37,9
2 Haut, mg/cm
2 Ges amt, mg/cm

Beispiel 9

Eine solventraffinierte Kohle wird mit 17 % Anthrazenöl gefluxt, um ein stabilisiertes Bindemittel herzustellen, das bei 170 C mit einem aus Kohle hergestellten Koks und mit einem handelsüblichen Steinkohlenteer-Pech vermischt wird, wobei die Mischungsverhältnisse sind: 7 Gew.% stabilisiertes Bindemittel, 83 Gew.% Koks und 10 Gew.% Steinkohlenteerpech; es entsteht eine Masse, die durch Pressen zu einer Söderberg-Testanode geformt wird. Nach dem Brennen bei 1200° C wird diese Anode getestet und zeigt Eigenschaften, die mit entsprechenden vorgebrannten Testelektroden vergleichbar sind, die vollständig mit handelsüblichem Steinkohlenteerpech hergestellt wurden.

Beispiel 10

Ein stabilisiertes Bindemittel aus solventraffinierter Kohle

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— X / —

wurde 112 Tage lang bei 170° C in schmelzflüssigem Zustand in Gegenwart von Luft gehalten: gleichzeitig wurde in zeitlichen Intervallen der Erweichungspunkt bestimmt, der ein direktes Maß für die Viskosität darstellt. Die 5-Tage-Zunahme des Erweichungspunkts, dessen Werte in der untenstehenden Tabelle angegeben sind, zeigt ein sehr hohes Ausmaß an Stabilität, das sich gut innerhalb des Bereichs der-normalen' Herstellungstoleranzen hält.

Dauer der Lagerung bei

17O°C in Luft, Tage Erweichungspunkt, C

0	108,4
14	109,5
28	111,1
52	112,1
63	112,1
70	112,4
77	112,5
94	113,2
112	113,4

Patentansprüche;

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Claims

Patentansprüche :

(1. Kohleelektrode für die elektrometallurgische Produktion, dadurch gekennzeichnet, daß sie im. wesentlichen aus einem Koksgemenge und einem Bindemittel besteht, das aus der gesamten organischen Substanz in einer Fettkohle gewonnen ist.
2. Kohleelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel für die Herstellung metallurgischer Elektroden Oxydations- und thermische Beständigkeit erhält.
3. Kohleelektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel durch Solventraffination der Fettkohle hergestellt wird, um eine gereinigte Lösung zu bilden.
4. Kohleelektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gereinigte Lösung konzentriert wird und ein solventraffiniertes Pech bildet, das eine Wärmebehandlung bei 200 bis 300° C zur Bildung des stabilisierten Bindemittels erfährt.
5. Kohleelektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das stabilisierte Bindemittel keine merklichen molekularen Umlagerungen unterhalb von 450° C erfährt.

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6, Kohleelektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Erweichungspunkfc des stabilisierten Bindemittels während einer Lagerung in Luft bei 170° C eine Zunahme

von nicht mehr als 5 C erfährt.
7. Verfahren ■ zur industriellen Herstellung von Kohleelektroden durch Brennen einer Masse aus einem Koksgemenge undeinem Bindemittel auf 1200° C inungefähr 48 Stunden, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel aus der gesamten organischen Substanz in einer Fettkohle hergestellt wird durch Solventraffination der Kohle in Gegenwart von Wasserstoff, um ein Pech herzustellen, und durch Stabilisieren des Pechs.
8. Verfahren zur Herstellung eines stabilisierten Bindemittels zur Verwendung bei der Herstellung von metallurgischen Elektroden gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte;

Digerieren einer Asche und organische Substanz enthaltenden Fettkohle mit einem Lösungsmittel nach Art eines Anthrazenöls bei 400° C und mindestens 70 kg/cm (1000 psi) für die Dauer von 30 bis 60 Minuten zur Bildung einer fließfähigen Lösung;

Entfernen der Asche aus der fließfähigen Lösung zur Bildung einer gereinigten Lösung; ' ^ Entfernen eines Teils des Lösungsmittels aus der gereinigten Lösung zur Bildung eines solventraffinierten Pechs; und Behandeln des Pechs bei einer Temperatur von 300° C für die Dauer von 15 Minuten zur Bildung des stabilisierten Bindemittels.

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9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Digerieren in Gegenwart von Wasserstoff stattfindet, so daß die Polymerisation von Molekühlbruchstücken aus der Kohle effektiv begrenzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoff in Form eines Wasserstoff abgebenden Lösungsmittels vorliegt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel Tetrahydronaphthalxn verwendet wird.
12. Stabilisiertes Bindemittel, hergestellt nach dem in den Ansprüchen 8 bis 10 angegebenen Verfahren.

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