DE3538220A1

DE3538220A1 - Kragenfuellmasse

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Publication number: DE3538220A1
Application number: DE19853538220
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-10-26
Filing date: 1985-10-26
Publication date: 1987-04-30

Description

Allgemeine Beschreibung des Fachgebietes

In der Elektrochemie - z. B. bei der Aluminiumelektrolyse - wird die aus Metallschienen (meistens Stahl) bestehende Stromzuführung zu den Anoden durch einen sogenannten "Kragen" vor dem Elektrolyt geschützt.

Hierbei wird eine Form - bei der Aluminiumelektrolyse beispielsweise aus Aluminiumblech - um die Stromzuführung gelegt und mit "Kragenfüllmasse" bis zum Rand gefüllt. Anschließend wird der so gewonnene "Kragen" - meistens mit Gasbrennern - so weit erhitzt, bis die Masse leicht zusammenbackt.

Während des Elektrolyseprozesses tritt durch die zunehmende Erwärmung eine weitergehende Sinterung ein.

Stand der Technik

Eine solche Kragenfüllmasse besteht aus dem gleichen oder einem ähnlichen Material wie die Elektrode selbst.

Für die Aluminiumelektrolyse beispielsweise werden Kohlen, die keine oder nur sehr geringe flüchtige Bestandteile enthalten, verwendet.

Dazu kommen Bindemittel und in geringem Umfang Zusatzstoffe, die sich auf den Elektrolyseprozeß oder die Schadstoffemission günstig auswirken.

Geeignete Kohlen sind u. a. kalzinierter Petrolkoks, Anthrazit, Pechkoks oder aufgearbeitete Anodenreste bzw ein Gemisch dieser Rohstoffe.

Als Bindemittel werden Pech, Bitumen oder Kunststoffbinder verwendet.

Überwiegend werden heute in der Elektrochemie aus diesem Gemisch geformte, gebrannte Elektroden eingesetzt.

Daneben findet aber auch noch die sog. Söderberg-Elektrode Verwendung, bei der das oben erwähnte Gemisch durch in den Ofen hineinragende Rohre als plastische Anodenmasse dem Abbrand entsprechend kontinuierlich dem Elektrolyt entgegengeführt wird. Die Ofenhitze brennt die Masse zur elektrisch leitenden Graphitstruktur.

Die heute am häufigsten eingesetzte Kragenfüllmasse entspricht in etwa dieser Söderberg-Masse und besteht zu ca zwei Dritteln aus kalziniertem Petrolkoks und einem Dritte Anodenpech.

Zur Herstellung einer Kragenfüllmasse auf dieser Basis wird heute üblicherweise kalzinierter Petrolkoks der Körnung bis 8 mm mit Anodenpech (flüssig oder in beliebigen, gut dosierbaren Stücken) gemischt und in beheizten Mischknetern, Mischtrommeln oder ähnlichen Maschinen auf Temperaturen zwischen 80°C und 200°C erwärmt und intensiv vermischt bis die Masse zähflüssig geworden ist. Anschließend läßt man das Gemisch in geeignete Formen oder auf den Boden laufen und erkalten.

Nach dem Erkalten wird die Masse mit geeigneten Brechwerkzeugen (Prall- oder Hammermühlen, Walzenbrechern, Granulatoren) und nachgeschalteten Siebmaschinen auf eine Körnung bis ca 8 mm zerkleinert und in üblicher Weise in die geforderten Verpackungseinheiten (Säcke, big-bags, Container) abgefüllt.

Nachteile und Probleme der heutigen Technik

Als Nachteile dieses Verfahrens werden heute allgemein folgende Punkte angesehen:

1. Bei der Erwärmung von Pech oder Bitumen wie es zur Herstellung der Kragenfüllmasse auf konventionelle Art erforderlich ist, treten gefährliche Umweltbelastungen auf. Es gilt als gesichert, daß diese Materialien cancerogene Stoffe wie z. B. Benzypren enthalten. Pech beispielsweise ist ein Gemisch aus zahlreichen Aromaten und anderen hochmolekularen Bestandteilen von zum Teil unbekannter Konstitution. Bei der Verwendung von Pech ist allein aus diesen Gründen größte Vorsicht geboten. Arbeiten mit Pech und Bitumen sind deshalb an strenge Sicherheitsvorschriften gebunden. Es ist damit zu rechnen, daß die Werte über die höchstens zulässigen Arbeitsplatzbelastungen (MAK) noch einmal drastisch gesenkt werden.

2. Beim Einsatz der Kragenfüllmasse im Elektrolyseprozeß werden Pech bzw. Bitumen erneut erhitzt, gefährliche flüchtige Bestandteile entweichen in die Umgebung. Der Bindemittelanteil von etwa einem Drittel ist außerordentlich hoch. Jede Verminderung würde eine spürbare Verbesserung der Umweltbelastung bedeuten. Ein geringerer Bindemittelanteil würde auch den Produktionsbetrieb günstig beeinflussen und die Kosten des Produktes ermäßigen.

3. Die auf herkömmliche Art produzierte Kragenfüllmasse enthält produktionstechnisch bedingt einen unvermeidlichen Anteil an Staub und Feinanteilen. Beim Anlegen des Kragens wird das Material lose in die durch einen Blechring gebildeten Formen geschüttet. Dabei führt die zwangsläufige Staubentwicklung zu einer Beeinträchtigung des Arbeitsplatzes. Das unangenehme Tragen von Staubschutzmasken ist erforderlich.

Beschreibung der Erfindung

Es wurde gefunden, daß sich eine Kragenfüllmasse auf der Basis von Kohle und Bindemittel zum Ausfüllen des bei Elektrolyseprozessen zum Schutz der Stromzuführung zu den Anoden dienenden Kragens erfindungsgemäß herstellen läßt, indem die Kohlen und das Bindemittel getrennt zerkleinert werden, dann gemischt werden, das Gemisch angefeuchtet wird mit Wasser oder einer anderen organischen oder anorganischen Flüssigkeit, die Mischung verpreßt, pelletisiert, brikettiert, kompaktiert oder anderweitig zu handlichen Formkörpern geformt wird und anschließend getrocknet wird.

Es wurde gefunden, daß als Kohle Anthrazit, Petrolkoks, Pechkoks oder aufgearbeitete Produktionsrückstände wie z. B. Anoden- oder Kathodenreste verwendet werden können.

Es wurde gefunden, daß als Bindemittel Pech, Bitumen oder Kunststoffbinder verwendet werden können.

Es wurde gefunden, daß an Stelle von jungfräulichem Bindemittel Pech oder Bitumen enthaltende Produktionsrückstände, wie sie beispielsweise bei der Herstellung von vorgebrannten Anoden anfallen, verwendet werden können.

Es wurde gefunden, daß eine Zerkleinerung des Bindemittels auf eine Korngröße von 0 bis 1 mm, bevorzugt 0 bis 0,2 mm, sehr gute Ergebnisse liefert.

Es wurde gefunden, daß die Kohle auf eine Korngröße von 0 bis 20 mm, bevorzugt auf 0 bis 3 mm zerkleinert werden kann.

Es wurde gefunden, daß Wasser eine gute Möglichkeit ist, zu einer plastischen, preßfähigen Masse zu gelangen. Die Verwendung von Öl oder anderen organischen und anorganischen Flüssigkeiten führt zwar zu einer Verteuerung der Rohstoffe bringt jedoch andererseits Produktionserleichterungen und kann den anschließenden Trockenprozeß vermindern oder ersparen.

Es wurde gefunden, daß die Komponenten, Bindemittel und Flüssigkeit gemeinsam gemischt werden können.

Es wurde gefunden, daß die preßfähige Mischung durch Pressen, Pelettisieren, Brikettieren, Tablettisieren oder sonstiges Kompaktieren zu einfachen Formteilen geformt werden kann, die bevorzugt 1 bis 10 mm Durchmesser besitzen.

Es wurde gefunden, daß die Preßfähigkeit erreicht wird durch die Zugabe von 3 bis 30% Wasser, bevorzugt 5 bis 25% Wasser.

Es wurde gefunden, daß durch die beim Pressen auftretende leichte Erwärmung der nachfolgende Trockenprozeß verkürzt oder gänzlich eingespart werden kann.

Vorteile der Erfindung

Die Vorteile des erfindungsmäßigen Herstellens der Kragenfüllmasse lassen sich wie folgt zusammenfassen:

1. Bei der Herstellung der Kragenfüllmasse müssen Kohle und Bindemittel nicht mehr erhitzt werden. Dadurch können am Arbeitsplatz keine gesundheitsschädlichen flüchtigen Substanzen austreten, eine Belastung der Umwelt mit Schadstoffen wird vermindert.

2. Da das Aufheizen von Kohle und Bindemittel nur deshalb erfolgt, um die Materialien im zähflüssigen Zustand intensiv vermischen zu können (vor der Weiterverarbeitung muß die Masse ja erst wieder erkalten), tritt durch den Fortfall der Erwärmung eine erhebliche Energieersparnis ein.

3. Durch die erheblich vergrößerte Oberfläche vor allem des Bindemittels und der dadurch möglichen intensiveren Vermischung und gleichmäßigeren Benetzung der einzelnen Kohlepartikel kann der Bindemittelanteil erheblich gesenkt werden. Bei Pech und Bitumen werden beispielsweise statt 30 bis 35% wie bei der herkömmlichen Methode nur noch 10 bis 25% benötigt. Dadurch können die reinen Materialkosten um ca 20% gesenkt werden.

4. Beim Einfüllen der weitgehend staubfreien Formlinge in die "Kragen" tritt keine Staubbelästigung wie bei den heute auf dem Markt befindlichen Kragenfüllmassen mehr ein.

Mit Rücksicht auf den verminderten Bindemittelanteil treten beim Elektrolyseprozeß deutlich weniger gesundheitsschädliche Bestandteile auf. Da alle beim Elektrolyseprozeß entweichenden flüchtigen Substanzen gesammelt in speziellen Verfahren abgereingt werden müssen, bedeutet jede Verminderung von Abgasen gleichzeitig eine Produktionsverbesserung und Kostensenkung.

6. Anstelle von teuren Rohstoffgranulaten können billigere Sekundärrohstoffe verwendet werden. Infrage kommen z. B. die Produktionsrückstände aus den Filtern und Entstaubungen der Anoden, kalzinierten Petrolkoks, Pechkoks oder Anthrazit herstellenden oder verarbeitenden Industrie. Dadurch tritt eine weitere erhebliche Kostenersparnis ein. Bei diesen zur alleinigen oder Mitverwendung vorgesehenen Produktionsrückständen handelt es sich um Abfälle, die teilweise heute noch unter erheblichen Kosten auf Sonderdeponien untergebracht werden müssen, wie z. B. Pechrückstände aus den Abgasleitungen. Die hier angebotene Lösung ist deshalb nicht nur wirtschaftlich sinnvoll sondern auch ökulogisch von erheblicher Bedeutung.

Ausführungsbeispiel A 1. Rohstoffe

Kalzinierter Petrolkoks,
handelsübliche Qualität für die Herstellung von Anoden für die Aluminiumindustrie (Lieferant Marathon, Burghausen) mit
ca 98% Kohlenstoff
ca 1% Schwefel
ca 0,5% Flüchtigen
ca 0,5% sonstigen Bestandteilen
vermahlen auf eine Korngröße von 0 bis 0,8 mm mit regelmäßigem Kornaufbau, (Anteil unter 0,04 mm = 21%)
Feuchtigkeit 0,4%

Steinkohlenteerpech
handelsübliche Qualität für die Herstellung von Anoden für die Aluminiumindustrie (Lieferant VfT, Essen),
Erweichungspunkt 86°
vermahlen auf eine Korngröße von 0 bis 0,2 mm mit regelmäßigem Kornaufbau, (Anteil unter 0,04 mm = 32%)
Feuchtigkeit 0,2%

Aluminiumoxid
handelsübliche Qualität wie sie für die Aluminiumelektrolyse eingesetzt wird (Lieferant: VAW, Bonn) mit
28% Alpha-Al₂O₃
0,3% Na₂O
200 ppm Fe₂O₃
300 ppm SiO₂
10 ppm TiO₂
30 ppm V₂O₅
Feinheit 0 bis 1 mm mit 28% Feinanteil unter 45 µ
Feuchtigkeit 0,2%

Leitungswasser
in üblicher Trinkwasserqualität mit Härtegrad 6

2. Verarbeitung

780 kg Petrolkoks, 180 kg Pech und 40 kg Tonerde der oben genannten Qualitäten werden in einem Eirich Zwangsmischer 15 Minuten nach Vorschrift des Maschinenherstellers gemischt. Unter weiterem Mischen erfolgt durch Besprühen eine Wasserzugabe von 15 kg. Nach weiteren 5 Minuten ist eine gleichmäßige, preßfähige Mischung entstanden.

Anschließend wird die so gewonnene Masse in einer Pelettierpresse (Simon-Heesen, Type V 3) nach Anweisung des Maschinenherstellers zu spagettiartigen Strängen mit einem Durchmesser von 4 mm und einer Länge von 8 mm kompaktiert.

Der Austrag aus der Pelettierpresse und die Beschickung des nachgeschalteten Trockners erfolgen mittels eines Plattenbandes. Der Trockner besteht im wesentlichen aus einem Tunnel, den das Plattenband durchläuft und in den dabei im Gegenstrom Heißluft geblasen wird. Die Lufttemperatur wird so eingestellt, daß sich das Material nicht bis auf den Erweichungspunkt des Pechs (86°C) erhitzt. Aufgabemenge und Geschwindigkeit des Transportbandes werden so geregelt, daß das Endprodukt beim Verlassen des Trockenofens eine Feuchtigkeit von maximal 0,3% aufweist. Über ein Becherwerk wird das Material in ein Absacksilo transportiert, wo es vor dem Abfüllen in kunststoffbeschichtete Papiersäcke auf etwa 30°C abkühlt.

3. Einsatz

Die so gewonnene in kleine Formteile kompaktierte Kragenfüllmasse wird in die auf übliche Art gebildeten Kragen an den Stromzuführungen zu den Elektroden mittels dosierbarer Förderinnen randvoll gefüllt. Auf besondere Staubschutzmasken, die an diesem Arbeitsplatz üblicherweise vom Bedienungspersonal getragen werden, kann verzichtet werden.

Der weitere Einsatz erfolgt in der gleichen Weise wie bei der auf konventionelle Art hergestellten Kragenfüllmasse.

Ausführungsbeispiel B 1. Rohstoffe

Kohlenstoffhaltiger Filterstaub
aus einem Sammelsilo, in welchem die Filterstäube aus verschiedenen Anfallstellen einer Elektroden herstellenden Fabrik zusammengeführt werden, mit
ca 82% Kohlenstoff
ca 1,6% Schwefel
ca 2,5% Fluoriden
ca 1,5% Flüchtigen
ca 6,5% Aluminiumoxyd
ca 6% sonstigen Bestandteilen
vorgegebene Feinheit von 0 bis 0,09 mm mit geringen Anteilen von Spritzkörpern bis etwa 2 mm Korngröße (Anteil unter 2%)
Feuchtigkeit 0,3%

Steinkohlenteerpech
handelsübliche Qualität für die Herstellung von Anoden für die Aluminiumindustrie (Lieferant VfT, Essen),
Erweichungspunkt 86°C
vermahlen auf eine Korngröße von 0 bis 0,2 mit regelmäßigem Kornaufbau, (Anteil unter 0,04 mm = 32%)
Feuchtigkeit 0,2%

Leitungswasser
in üblicher Trinkwasserqualität mit Härtegrad 6

Heizöl EL
in handelsüblicher Qualität gemäß DIN Vorschrift

2. Verarbeitung

800 kg Filterstaub, 190 kg Pech und 10 kg Tonerde der oben genannten Qualitäten werden in einem Eirich Zwangsmischer 15 Minuten nach Vorschrift des Maschinenherstellers gemischt. Unter weiterem Mischen erfolgt durch Besprühen eine Zugabe von 17 kg Wasser und 1 kg Öl. Nach weiteren 6 Minuten ist eine gleichmäßige, preßfähige Mischung entstanden.

Anschließend wird die so gewonnene Masse in einer Pelettierpresse (Simon-Heesen, Type V 3) nach Anweisung des Maschinenherstellers zu spagettiartigen Strängen mit einem Durchmesser von 5 mm und einer Länge von 6 mm kompaktiert.

3. Einsatz

Anwendungsbeispiel C 1. Rohstoffe

Anthrazitstaub
wie er beim Klassieren, Aufbereiten, Lagern, Umschlagen oder Verarbeiten von Anthrazitkohlen in Filteranlagen oder Absiebbunkern anfällt, mit
ca 84% Kohlenstoff
ca 0,8% Schwefel
ca 2,2% Flüchtigen
ca 13% sonstigen Bestandteilen ("Asche")
vorgegebene Feinheit von 0 bis 0,2 mm mit geringem Anteil von Spritzkörnern bis etwa 3 mm Korngröße (Anteil unter 5%)
Feuchtigkeit 0,5%

Kohlenstoffhaltiger Filterstaub
aus einem Sammelsilo, in welchem die Filterstäube aus verschiedenen Anfallstellen einer Elektroden herstellenden Fabrik zusammengeführt werden, mit
ca 82% Kohlenstoff
ca 1,6% Schwefel
ca 2,5% Fluoriden
ca 1,5% Flüchtigen
ca 6,5% Aluminiumoxyd
ca 6% sonstigen Bestandteilen
vorgegebene Feinheit von 0 bis 0,09 mm geringen Anteilen von Spritzkörnern bis etwa 2 mm Korngröße (Anteil unter 2%)
Feuchtigkeit 0,3%

Steinkohlenteerpech
handelsübliche Qualität für die Herstellung von Anoden für die Aluminiumindustrie (Lieferant VfT, Essen),
Erweichungspunkt 86°C
vermahlen auf eine Korngröße von 0 bis 0,1 mm mit regelmäßigem Kornaufbau, (Anteil unter 0,04 mm = 37%)
Feuchtigkeit 0,2%

Pechabfälle
Aus den Ringleitungen einer auf Basis Petrolkoks + Steinkohlenteerpech Elektroden produzierenden Anodenfabrik,
Zusammensetzung stark schwankend,
Erweichungspunkt 84°C,
vermahlen auf eine Korngröße von 0 bis 0,1 mm mit regelmäßigem Kornaufbau, (Anteil unter 0,04 mm = 34%),
Feuchtigkeit 0,3%

Leitungswasser
in üblicher Trinkwasserqualität mit Härtegrad 6

2. Verarbeitung

450 kg Anthrazitstaub, 350 kg kohlenstoffhaltiger Filterstaub, 60 kg Pech und 140 kg Pechabfälle der oben genannten Qualitäten werden in einem Eirich Zwangsmischer 20 Minuten nach Vorschrift des Maschinenherstellers gemischt. Unter weiterem Mischen erfolgt durch Besprühen eine Zugabe von 15 kg Wasser. Nach weiteren 7 Minuten ist eine gleichmäßige, preßfähige Mischung entstanden.

Anschließend wird die so gewonnene Masse in einer Pelettierpresse (Simon-Heesen, Type V 3) nach Anweisung des Maschinenherstellers zu spagettiartigen Strängen mit einem Durchmesser von 6 mm und einer Länge von 10 mm kompaktiert.

3. Einsatz

Claims

1. Kragenfüllmasse auf der Basis von Kohle und Bindemittel zum Ausfüllen des in der Elektrochemie bei Elektrolyseprozessen zum Schutz der Stromzuführung zu den Elektroden dienenden Kragens, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle und das Bindemittel getrennt zerkleinert werden, dann gemischt werden, das Gemenge angefeuchtet wird mit Wasser oder einer anderen organischen oder anorganischen Flüssigkeit, die gesamte Mischung verpreßt, pellitisiert, brikettiert, kompaktiert oder anderweitig zu handlichen Formkörpern geformt und anschließend getrocknet wird.

2. Kragenfüllmasse zum Ausfüllen des Kragens, der in der Elektrochemie bei Elektrolyseprozessen die Stromzuführung zu der Elektrode schützt, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus kleinen Formlingen besteht, zu deren Herstellung zerkleinerte Kohle, zerkleinerte Bindemittel und eine organische oder anorganische Flüssigkeit vermischt und zu einfachen Formlingen mit Abmessungen unter 20 mm Durchmesser geformt und diese Formlinge anschließend an die Formung erforderlichenfalls getrocknet werden.

3. Kragenfüllmasse gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kohle Anthrazit (roh oder kalziniert), Petrolkoks (roh oder kalziniert), Pechkoks oder kohlenstoffhaltige Produktionsrückstände wie z. B. Anoden- oder Kathodenreste verwendet werden.

4. Kragenfüllmasse gemäß Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel Pech, Bitumen oder Kunststoffbinder verwendet werden.

5. Kragenfüllmasse gemäß Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der jungfräulichen Bindemittel Pech oder Bitumen enthaltende Produktionsrückstände verwendet werden.

6. Kragenfüllmasse gemäß Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel auf eine Korngröße von 0 bis 1 mm, bevorzugt 0 bis 0,2 mm zerkleinert wird.

7. Kragenfüllmasse gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohle auf eine Korngröße von 0 bis 20 mm, bevorzugt 0 bis 3 mm zerkleinert wird.

8. Kragenfüllmasse gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus Kohle und Bindemittel mit Wasser oder Öl oder anderen die nachfolgende Formung unterstützende organische oder anorganische Flüssigkeiten vermischt wird.

9. Kragenfüllmasse gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten Kohle, Bindemittel und Flüssigkeit gemeinsam gemischt werden.

10. Kragenfüllmasse gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die preßfähige Mischung durch Pressen, Pelletieren, Brikettieren, Tablettisieren oder sonstiges Kompaktieren geformt wird zu einfachen Formteilen, welche bevorzugt 1 bis 10 mm Durchmesser besitzen.

11. Kragenfüllmasse gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßfähigkeit erreicht wird durch Zugabe von 3 bis 30% Wasser oder Öl, bevorzugt 5 bis 25% Wasser oder Öl.

12. Kragenfüllmasse gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die beim Pressen auftretende Erwärmung ein nachfolgender Trockenprozeß überflüssig wird.