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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoffblöcken mit
hoher Temperaturwechselbeständigkeit
und insbesondere Anoden für
die Herstellung von Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse von
in geschmolzenem Kryolith gelöster
Tonerde nach dem Hall-Héroult
Verfahren.
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Stand der Technik
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Kohlenstoffprodukte
werden gewöhnlich
durch Industrieverfahren gewonnen, die einen Mischschritt zum Mischen
eines Bindemittels (wie Pech) mit Kohlenstoffmaterialien (wie Koks),
einen Warmformschritt zum Warmformen des Gemischs und einen Brennschritt
zum Brennen der Roherzeugnisse umfassen. Bindemittel und Kohlenstoffmaterialien
werden in Pulverform gemischt, d. h. ausgehend von Mahlgut bestimmter
Korngröße. In der
Praxis wird das Gemisch aus mehreren, sogenannten "industriellen" Kornfraktionen von
Kohlenstoffmaterialien, die in getrennten Silos gelagert sind, und
Pech hergestellt.
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In
vielen Industrieanwendungen und insbesondere in der Elektrometallurgie
müssen
die gebrannten Kohlenstoffprodukte außer ihrer Wärme- und Elektrizitätsleitfähigkeiten
eine große
Temperaturwechselbeständigkeit
aufweisen.
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Bei
der Herstellung von Aluminium durch Elektrolyse von in geschmolzenem
Kryolith gelöster
Tonerde stellen insbesondere die Kohlenstoffanoden ein Verbrauchsprodukt
dar, das mit fortschreitendem Verbrauch in der Elektrolysezelle
ersetzt wird. Ein modernes Elektrolysewerk, das zum Beispiel 240
000 Tonnen Aluminium pro Jahr produziert, verbraucht gleichzeitig
150 000 Anoden mit einem Stückgewicht
von etwa einer Tonne.
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Nun
werden aber beim Ersetzen der verbrauchten Anoden durch neue vorgebrannte
Anoden letztere mit einer Temperatur nahe der Raumtemperatur in
den schmelzflüssigen
Elektrolyten eingetaucht, der auf einer Temperatur von etwa 950°C gehalten
wird. Der Temperaturwechsel bedingt durch den plötzlichen Temperaturanstieg
kann zu einer Rissbildung und sogar zu einem Bruch der Anoden führen. In
der Regel wirkt sich die Verschlechterung der Anodenqualität infolge
Temperaturwechsel in der Erscheinung und Entwicklung von Rissen
aus und führt
schnell zu einem Metallproduktionsausfall oder zu Unstabilitäten im Betrieb
der Zellen wegen des Herabfallens abgelöster Kohlenstoffstückchen der
gespaltenen Anoden in das Elektrolytbad.
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Die
durch die fehlende Temperaturwechselbeständigkeit entstehenden zusätzlichen
Betriebskosten steigen mit der Ausschussrate der gespaltenen Anoden
aufgrund des Temperaturwechsels rapide an. Es ist daher sehr wichtig,
dass die gute Temperaturwechselbeständigkeit der Anoden vor ihrem
Einsatz sichergestellt ist. Eine Ausschussrate unter 1% wird als
annehmbar angesehen, wird aber schnell unzumutbar, wenn sie 2% übersteigt.
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Die
Patentanmeldung
FR 2 740 771 (entspricht
der kanadischen Anmeldung
CA
2 192 707 und australischen Anmeldung
AU 12415/97 ) im Namen der Anmelderin
beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoffblöcken und
insbesondere Anoden mit hoher Temperaturwechselbeständigkeit.
Dieses Verfahren umfasst nacheinander ein Einstellen der Korngröße eines
Kohlenstoffaggregats durch Mahlung und Kornklassierung, ein Vermischen – gewöhnlich bei
einer Temperatur zwischen 130 und 180°C, des gemahlenen Kohlenstoffaggregats
mit einer festgelegten Menge Bindemittel auf Basis von Pech, um
eine homogene Masse zu bilden, ein Verdichten durch Kompaktieren,
ein Formen der Masse zur Bildung des Kohlenstoff-Rohblocks und schließlich ein
Brennen des Kohlenstoffblocks bei einer Temperatur, die in der Regel
mehr als 900°C
beträgt. Die
Einstellung der Korngröße des Aggregats
erfolgt nach drei Kornfraktionen: Ultrafein (UF) für Körner mit
weniger als 30 μm
Durchmesser, Sand (S) für
Körner
mit 30 bis 300 μm
Durchmesser und Korn (Gr) für
Körner mit
mehr als 300 μm
Durchmesser. Das Gewichtsverhältnis
der Fraktionen Gr und S wird so eingestellt, dass Gr/S größer als
4 ist. Dieses Verfahren gestattet es, die Ausschussrate der Kohlenstoffblöcke durch
Rissbildung infolge Temperaturwechsel sehr deutlich zu reduzieren.
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Wie
in der Anmeldung
FR 2 740 771 beschrieben,
werden diese drei Fraktionen in der Praxis durch Mischen mehrerer
industrieller Kornfraktionen aus Trockensubstanz gewonnen, die aus
verschiedenen Silos kommen (typischerweise 3 bis 5 Silos). Diese
Anmeldung beschreibt beispielsweise, wie in
1 dargestellt, den
Einsatz von 4 industriellen Kornfraktionen, nämlich:
- – TG (sehr
grobkörnig),
gebildet aus Körnern
rückgewonnenen
Materials mit einem Durchmesser zwischen 1,5 und 15 mm und hergestellt
durch Mahlung herstellungsbedingter Abfälle wie verbrauchte Anodenstücke;
- – G
(grobkörnig),
gebildet aus Kokskörnern
mit einem Durchmesser zwischen 1,5 und 5 mm und bestehend aus dem
Korngrößenanteil > 1,5 mm der Kokskörner nach
Siebung mit 1,5 mm Maschenweite;
- – M
(mittelkörnig),
gebildet aus Koks- und Recycelmaterialkörnern mit einem Durchmesser
zwischen 0 und 1,5 mm und bestehend aus den Korngrößenanteilen < 1,5 mm der Koks-
und Recycelmaterialkörner;
- – F
(feinkörnig),
gebildet aus Feinkorn mit einem Durchmesser kleiner als 0,2 mm und
bestehend aus dem durch Mahlen verfeinerten Korngrößenanteil
der Mittelwerte M. Diese Feinkornfraktion muss einen ausreichenden
Anteil ultrafeiner Körner
UF mit einem Durchmesser kleiner als 0,03 mm aufweisen.
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Diese
theoretische und industrielle Kornfraktion überdecken sich nach einem bekannten
Diagramm. So wird das Korn Gr durch TG, G und einen Teil von M gewonnen;
der Sand S und die ultrafeinen Körner
UF werden durch einen Teil von M und von F gewonnen. Präzise Anteile
jeder Fraktion (F1, F2, F3 und F4) müssen dann gemischt werden,
um ein Kohlenstoffaggregat AF mit der gewünschten Endkörnung zu
erhalten. Diese Anteile werden mit Dosiergeräten (D1, D2, D3, D4) eingestellt,
die an die Silos (S1, S2, S3, S4) mit den verschiedenen Kornfraktionen
angeschlossen sind. Das so gewonnene pulverförmige Gemisch (AF) wird im
Allgemeinen anschließend
angewärmt
(Schritt PA) und in einem Mischwerk mit einem Bindemittel auf Basis
von Pech (Br) vermischt (Schritt MA), geformt (Schritt FB) und bei
hoher Temperatur gebrannt (Schritt CB).
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Dieses
relativ komplexe Verfahren erfordert daher eine rigorose Verwaltung
der Rohstofflager, der Trockensubstanzflüsse und der Reserven in den
Silos, wobei eventuell eine Zwischenmahlung von Material aus bestimmten
Silos vorzusehen ist.
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Die
Anmelderin suchte nach einem Industrieverfahren zur Herstellung
groß dimensionierter
Kohlenstoffblöcke
(d. h. deren Volumen typischerweise größer als 0,2 m3 ist)
mit hoher Temperaturwechselbeständigkeit,
mit dem die Nachteile der bekannten Technik vermieden werden können. Insbesondere
suchte sie nach Mitteln, um die Größe und die Kosten der erforderlichen
Anlagen zu reduzieren und um das Herstellungsverfahren und die Arbeitsabläufe, die
Verwaltung der Lager und die Materialflüsse zu vereinfachen.
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Beschreibung der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung von Kohlenstoffblöcken und insbesondere Anoden umfasst
die Bereitstellung eines kohlenstoffhaltigen Ausgangsaggregats AC,
die Einstellung der Körnung
des kohlenstoffhaltigen Aggregats AC, um ein kohlenstoffhaltiges
Endaggregat AF mit bestimmter Korngröße Gf zu erhalten, ein Warmvermischen
MA des kohlenstoffhaltigen Endaggregats mit einer festgelegten Menge
Bindemittel auf Basis von Pech Br, um eine homogene Masse zu bilden,
einen Schritt FB zur Bildung mindestens eines Kohlenstoff-Rohblocks
aus dieser Masse und einen Schritt CB zum Brennen des bzw. der Kohlenstoff-Rohblöcke, und
ist dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Einstellung umfasst:
- a- das Auftrennen des kohlenstoffhaltigen Ausgangsaggregats
AC in eine erste Fraktion F1 mit der Körnung G–, bestehend aus Körnern, deren
Korngröße kleiner
als X ist, und eine zweite Fraktion F2 mit der Körnung G+, bestehend aus Körnern, deren
Korngröße größer oder
gleich X ist, wobei X zwischen 0,2 und 2 mm und vorzugsweise zwischen
0,3 und 1 mm liegt, wobei das Kohlenstoffaggregat AC bevorzugt kalzinierten Petrolkoks
enthält,
dessen Anteil an Teilchen unter 0,3 mm Größe höchstens 35% beträgt;
- b- das Mahlen B1 der ersten Fraktion F1 und eines Teils P1 der
zweiten Fraktion F2, des sog. "abgezweigten
Teils P1", um ein
Pulver F zu erhalten, das einen kontrollierten Anteil PUF an ultrafeinen
Körnern "UF", d. h. Körnern mit
einer Korngröße unter
30 μm enthält;
- c- das Mischen MX des restlichen Teils P2 der Fraktion F2 und
des Pulvers F in Anteilen, die es gestatten, Kohlenstoffblöcke zu erhalten,
deren Körnung
Gf im Rohzustand so beschaffen ist, dass das sog. "Gr/S-Verhältnis" zwischen dem Anteil
PGr an Körnern über 0,3
mm Größe und dem
Anteil PS an Körnern zwischen
30 μm und
0,3 mm Größe mindestens
4 beträgt,
und deren Dichte nach erfolgtem Brennen hoch ist, d. h. bevorzugt
höher als
1,55 und besonders bevorzugt höher
als 1,6.
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Durch
das Vorhandensein ultrafeiner Körner
kann die Dichte der Kohlenstoffblöcke erhöht werden. Der prozentuale
Anteil PUF ultrafeiner Körner
im Pulver F ist ein Parameter des erfindungsgemäßen Verfahrens, der empirisch
eingestellt wird, um die höchstmögliche Dichte
zu erreichen. Er ist im Allgemeinen größer als 70%, bevorzugt größer als
80% und besonders bevorzugt größer als
90%.
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Die
Anmelderin stellte nämlich
fest, dass es überraschenderweise
möglich
ist, ein PGr/PS-Verhältnis (auch "Gr/S" genannt) zu erhalten,
das geeignet ist, eine ausreichende Temperaturwechselbeständigkeit
zu gewährleisten,
ohne auf die komplizierten Verfahren zurückgreifen zu müssen, die
der Stand der Technik lehrt. Insbesondere erfolgt das Mischen MX
von Kohlenstoffprodukten erfindungsgemäß unter Zugrundelegung von nur
zwei Kohlenstoffmaterialquellen, nämlich P2 und F. Das erfindungsgemäße Verfahren
gestattet es auch, das Gr/S-Verhältnis
und die Dichte der Anoden einfach und gleichzeitig einzustellen.
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Die
Kohlenstoffaggregate AC, die als Grundstoff für das erfindungsgemäße Verfahren
dienen und bei denen es sich bevorzugt um ungesiebte Aggregate handelt,
können
hohe Anteile an Körnern
von weniger als 0,3 mm Größe haben.
Durch das Auftrennen des Ausgangsaggregats AC in zwei Fraktionen
und das Mahlen der ersten Fraktion kann nämlich das Gr/S-Verhältnis bedeutend
erhöht
werden, auch wenn ein Koks zugrunde gelegt wird, der einen so hohen
Anteil an Körnern
von weniger als 0,3 mm Größe wie 35%
aufweist. Um jedoch ein Gr/S-Verhältnis größer als 4 zu erhalten, sollten
Kohlenstoffaggregate eingesetzt werden, deren Anteil an Körnern von
weniger als 0,3 mm Größe unter
15% und sogar unter 10% liegt.
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Das
kohlenstoffhaltige Ausgangsaggregat AC kann aus Kohlenstoffaggregaten
bestehen, die aus mehreren Quellen stammen. Dabei kann das Ausgangsaggregat
AC insbesondere einen bestimmten Anteil an rückgewonnenen Kohlenstoffprodukten
R enthalten. In der Aluminium erzeugenden Industrie ist es aus wirtschaftlichen
und technischen Gründen
zum Beispiel vorteilhaft, wenn rückgewonnene
Kohlenstoffprodukte vor allem aus verbrauchten oder vor oder nach
dem Brennen ausgeschiedenen Anoden mit einem Anteil von bis zu 40%
zugegeben werden. Diese Produkte weisen zudem den Vorteil auf, dass
sie im Allgemeinen einen hohen Anteil an sehr groben oder groben
Körnern
im Verhältnis
zu Sand- oder feinen Körnern
enthalten. So kann das kohlenstoffhaltige Ausgangsaggregat AC typischerweise
aus einem Gemisch aus ungesiebtem Petrolkoks C und einem kleineren
Teil rückgewonnener
Kohlenstoffprodukte R bestehen.
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Anhand
der Figuren und der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung wird
die Erfindung besser verständlich.
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1 stellt
einen Teil eines Verfahrens zur Herstellung von Kohlenstoffblöcken nach
dem Stand der Technik dar, bei dem die Ausgangstrockensubstanz je
nach Korngröße und Zusammensetzung
in verschiedenen Silos eingelagert ist.
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2 stellt
das erfindungsgemäße Verfahren
dar. Die 3 bis 6 veranschaulichen
bevorzugte Ausführungsarten
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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In
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird das kohlenstoffhaltige Ausgangsaggregat AC, wie in 2 dargestellt,
mit Hilfe mindestens einer Trennvorrichtung T1 in eine erste Fraktion
F1 mit der Körnung
G– und eine
zweite Fraktion F2 mit der Körnung
G+ aufgetrennt. Bei der Trennvorrichtung handelt es sich typischerweise
um ein Sieb oder einen belüfteten
dynamischen Abscheider.
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Der
abgezweigte Teil P1 wird je nach Korngröße des kohlenstoffhaltigen
Ausgangsaggregats AC eingestellt. Vorzugsweise wird dabei nur ein
geringer Anteil von F2 gemahlen, d. h. ein geringer Teil P1 von
F2 wird abgezweigt und mit F1 gemahlen. P1 liegt bevorzugt unter
20% und typischerweise zwischen 1% und 10%.
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Die
Fraktion F1 und der abgezweigte Teil P1 der Fraktion F2 werden anschließend in
mindestens einer Mahlvorrichtung B1 gemahlen, um ein Pulver F mit
einem kontrollierten Anteil PUF an ultrafeinen Körnern zu erhalten, d. h. Körnern mit
einer Korngröße unter
30 μm. Um
unabhängig
von der Körnung
des Ausgangsaggregats AC einen gegebenen Durchsatz DF für das Pulver
F zu erzielen, kann der abgezweigte Teil P1 so reguliert werden,
dass der Durchsatz DF des aus dem Mahlgerät B1 kommenden Pulvers F im
Wesentlichen konstant ist. Der Durchsatz DF ist gleich DF2 × P1 + DF1,
wobei DF2 und DF1 die jeweiligen Durchsätze der Fraktionen F1 und F2
sind. In der Praxis können
die Teile P1 und P2 so eingestellt werden, dass der Durchsatz DF
im Wesentlichen konstant gehalten wird. Diese Einstellung kann über die
Füllstände der
Zwischensilos ST1 und ST2 erfolgen.
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B1
ist typischerweise eine Kugelmühle,
welche eventuell mit einem Rezirkulationskreis mit belüftetem dynamischen
Wahlschalter zur Einstellung der Körnung und der Fraktion PUF
ausgestattet ist.
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Der
restliche Teil P2 der Fraktion F2 (auch "Grobaggregat" AG genannt) und das Pulver F werden
anschließend
dosiert und gemischt, um ein Kohlenstoffaggregat AF herzustellen
(Schritt MX). Dabei wird der restliche Teil P2 und das Pulver F
in jeweiligen Anteilen PG+ und PF gemischt, welche es gestatten,
Kohlenstoff-Rohblöcke
zu erhalten, deren Körnung
Gf so beschaffen ist, dass das Verhältnis zwischen dem Anteil PGr an
Körnern über 0,3
mm Größe und dem
Anteil PS an Körnern
zwischen 30 μm
und 0,3 mm Größe mindestens 4
beträgt,
und gebrannte Kohlenstoffblöcke
mit hoher Dichte zu erhalten, d. h. mit einer Dichte, die bevorzugt höher als
1,55 und besonders bevorzugt höher
als 1,60 ist. Das Gr/S-Verhältnis
beträgt
mindestens 4, bevorzugt mehr als 10 und besonders bevorzugt mehr
als 15.
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Zum
leichteren Mischen des Endaggregats mit dem Bindemittel wird das
Endaggregat gewöhnlich
vorgewärmt
(Schritt PA). In der Praxis ist es vorteilhaft, wenn man das Mischen
MX und Vorwärmen
PA in derselben Vorrichtung durchführt, bei der es sich typischerweise
um eine Vorwärmschnecke
mit Wärmeflüssigkeit handelt.
Die Dosierung der Zwischenaggregate AG und F kann mit Hilfe von
Dosiergeräten
D1 und D2 durchgeführt
werden, die typischerweise am Eingang der Vorrichtung installiert
sind. Mit diesen Dosiergeräten,
bei denen es sich typischerweise um Schnecken- oder Banddosierer
handelt, kann man den Durchsatz der Zwischenaggregate und damit
die Anteile PG+ und PF dieser Aggregate einstellen. Der Anteil PF
bestimmt den Anteil an ultrafeinen Körnern PUF, welcher seinerseits
zum größten Teil
die Dichte der gebrannten Kohlenstoffblöcke regelt.
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Das
Endaggregat wird einem Bindemittel auf Basis von Pech (Br) beigemengt
und damit warm vermischt, um eine homogene Masse zu bilden (Schritt
MA). Dieser Schritt wird typischerweise in einem Mischwerk durchgeführt, wie
z. B. einem Buss®- oder Eirich®-Mischer.
Die Mischtemperatur liegt vorzugsweise zwischen 130°C und 220°C und typischerweise
zwischen 170°C
und 190°C.
An das Mischen schließt
sich ein Schritt FB an, bei dem die Masse geformt wird, um einen
oder mehrere Kohlenstoffblöcke
im Rohzustand herzustellen. Dieses Formen kann in einem Schwingklopfer
oder einer Presse durchgeführt
werden. Dieser letztgenannte Schritt umfasst vorteilhaft ein Verdichten
durch Kompaktieren der Masse. Die Kohlenstoff-Rohblöcke werden
sodann bei einer Temperatur von gewöhnlich mehr als 900°C in einem
Ofen gebrannt, bei dem es sich im Allgemeinen um einen Ringkammerofen
handelt (Schritt CB).
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Es
ist vorteilhaft, den restlichen Teil P2 und das Pulver F in Zwischenspeichern
wie Silos zu lagern, die mit ST2 bzw. ST1 bezeichnet sind. Diese
Zwischenlagerung gestattet eine größere Kontrolle des Kohlenstoffmaterialflusses.
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Bei
einer in 3 dargestellten, bevorzugten
Ausführungsart
der Erfindung erfährt
das kohlenstoffhaltige Ausgangsmaterial eine Vorbehandlung D, um
Körner
mit einer Korngröße oberhalb
eines festgelegten Wertes (oder Toleranzgrenze) Y von bevorzugt
20 mm und besonders bevorzugt 30 mm zu eliminieren. Dieser Vorgang
erlaubt es insbesondere, die Beschädigung bestimmter Arten von
im Verfahren nachgeschalteten Mischern zu vermeiden und/oder die
Materialflüsse
auf den Bändern,
Schnecken, Schwingaufgebern oder Schurren zur Beförderung
des körnigen
Materials besser zu kontrollieren.
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Wie
in den 4a bis 4c dargestellt,
umfasst die Vorbehandlung D vorzugsweise ein Mahlen B2 und eventuell
einen Trennschritt T2 zum Auftrennen des kohlenstoffhaltigen Ausgangsaggregats
in eine Fraktion F11, die nur Körner
mit einer Korngröße unterhalb
der Toleranzgrenze Y enthält,
und eine Fraktion F12, die aus Körnern
mit einer Korngröße größer oder
gleich dieser Toleranzgrenze besteht. Der Trennschritt T2, der die
Körner
mit einer Korngröße oberhalb
von Y betrifft, ermöglicht
es, die Effizienz und Produktivität der Mahlung B2 zu erhöhen. B2
ist vorteilhaft ein Mahlwerk, bei dem die Materialschicht zerquetscht
wird, wie z. B. ein Schwingkegelbrecher der Marke Rhodax® der
Firma FCB oder eine Wälzmühle, so
dass auf den Trennschritt T2 (4a) verzichtet
werden kann.
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Bei
der in 4b dargestellten Variante besteht
das aus dem Schritt D hervorgegangene Kohlenstoffaggregat A, das
im weiteren Verlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens behandelt wird,
aus dem aus dem Mahlschritt B2 hervorgegangenen gemahlenen Korn
F13 sowie eventuell der Fraktion F11. Der vorlaufende Schritt D
ohne Trennschritt T2 (4a) kann zum Beispiel mit einem
Mahlwerk durchgeführt
werden, das die Materialschicht durch Zerdrücken oder Zerquetschen im offenen
Kreislauf zerkleinert und sehr grobe Körner effizient zu mahlen vermag,
ohne dabei große
Mengen an Sand-, feinen und ultrafeinen Körnern zu produzieren, d. h.
ohne das Verhältnis
der Gr– und
S-Körneranteile
grundlegend zu modifizieren.
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Bei
der in 4c dargestellten Variante wird
das aus dem Mahlwerk B2 hervorgegangene Aggregat F13 wieder in die
Trennvorrichtung T2 zurückgeführt.
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Bei
der in 5 dargestellten Ausführungsart umfasst das Verfahren
zusätzlich
einen vorlaufenden Trennschritt T2 für das kohlenstoffhaltige Ausgangsaggregat
AC, der das Entfernen der Körner
mit einer Korngröße oberhalb
von Y (Materialfluss F3) und das Mischen dieser Körner mit
der Fraktion F1 vor oder während des
Mahlens B1 der Fraktion F1 ermöglicht.
In der Praxis kann mit der Trennvorrichtung T1 eine Trennvorrichtung
T2 verbunden sein, um die großen
Körner
aus dem kohlenstoffhaltigen Ausgangsaggregat zu entfernen und in
das Mahlwerk B1 einzuführen.
Diese Variante weist den Vorteil auf, dass Körner mit einer Korngröße oberhalb
von Y mit geringem Kostenaufwand eliminiert werden, da dann nur
eine Trennvorrichtung und nur ein Mahlwerk erforderlich sind.
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Bei
der in 6 dargestellten Variante der Erfindung umfasst
das Verfahren ferner einen zusätzlichen Trennschritt
T2 für
das kohlenstoffhaltige Ausgangsaggregat AC, der das Entfernen der
Körner
mit einer Korngröße oberhalb
von Y (Materialfluss F3), deren Mahlen B3 und das Mischen des erhaltenen
Mahlguts F13 mit dem genannten zweiten Teil P2 ermöglicht,
um den Anteil dieser Körner
in dem zweiten Teil mit der Körnung G+
niedrig zu halten. Bei dem Mahlwerk B3 handelt es sich vorzugsweise
um ein Mahlwerk, bei dem die Materialschicht durch Zerquetschen
zerkleinert wird. Diese Variante weist den Vorteil auf, dass ein
Mahlwerk mit geringem Aufnahmevermögen eingesetzt wird, da die
Menge der Körner
mit einer Korngröße oberhalb
Y in AC klein bleibt. Diese Variante hat auch den Vorteil, dass
die beiden Trennvorrichtungen T1 und T2 zusammengefasst werden können.
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Das
Verfahren der Erfindung ist insbesondere für die Herstellung von Kohlenstoffanoden
bestimmt, die bei der Produktion von Aluminium nach dem Hall-Héroult-Verfahren
eingesetzt werden, so dass das komplette Verfahren einfacher gestaltet
und die Herstellungskosten reduziert werden können.
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Die
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellten Kohlenstoffanoden können wegen ihrer hohen Temperaturwechselbeständigkeit
vorteilhaft in einem Verfahren zur Gewinnung von Primäraluminium
nach dem Hall-Héroult-Elektrolyseverfahren
eingesetzt werden.
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Beispiele
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Mit
dem Verfahren der Erfindung wurden Versuche nach der in den 3 und 4a dargestellten Ausführungsart
durchgeführt.
Bei dem Mahlwerk B2 handelte es sich um Mahlwerk der Marke Rhodax®.
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Das
Kohlenstoffaggregat bestand aus einem ungesiebten Gemisch mit 70%
Koks und 30% Recycelmaterial. Das Recycelmaterial stammte von verbrauchten
Elektrolysezellenanoden. Die mittlere Korngröße des Kohlenstoffaggregats
und seiner Bestandteile, die während
einer einwöchigen
Herstellung von Anoden für die
elektrolytische Aluminiumgewinnung erhalten wurde (entspricht der
Herstellung von etwa 3000 Anoden), ist in Tabelle 1 angegeben.
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Die
Korngröße des vorgemahlenen
Aggregats A aus dem Vorbehandlungsschritt D ist ebenfalls in Tabelle
1 aufgeführt.
Sie zeigt, dass mit diesem Schritt Körner mit einer Korngröße von mehr
als 30 mm effizient beseitigt werden konnten. Tabelle 1
| | < 30 μm | 30 μm bis 300 μm | 300 μm bis 30 mm | > 30 mm | Gr/S |
| Koks
C | 0,1 | 12,3 | 87,6 | 0,0 | 7,1 |
| Recycelmaterial
R | 0,0 | 7,0 | 91,0 | 2,0 | 13,3 |
| Ausgangsaggregat
AC | 0,1 | 10,8 | 88,5 | 0,6 | 8,3 |
| Vorgemahlenes
Aggregat A | 0,1 | 12,0 | 87,9 | 0,0 | 7,3 |
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Das
vorgemahlene Aggregat A wurde anschließend unter Verwendung eines
Gewebesiebs mit viereckigen Siebmaschen in zwei Fraktionen F1 und
F2 geteilt. Die Klassiergrenze X zwischen diesen beiden Fraktionen
betrug 1 mm. Im Durchschnitt befanden sich 88% des vorgemahlenen
Aggregats A in der Siebfraktion F2 und 12% in der Siebfraktion F1.
P1 war gleich 5%, so dass die Fraktion F1 und 5% der Fraktion F2
anschließend
in B1 – einer
Kugelmühle – vollständig vermahlen
wurden, um ein Pulver aus Feinkorn F zu erhalten. Danach wurde ein
Aggregat rekonstituiert, indem der Teil P2 (mit der Körnung G+)
und das Feinkorn F in folgenden Proportionen gemischt wurden: PG+
= 84% von P2 (entspricht 88% von A minus die zu B1 abgeleiteten
5% von F2) und PF = 16% von F (entspricht 12% von A plus die 5%
von F2). Die Korngröße der Fraktionen F2
und F1, des Feinkorns F und des im M1-Bereich rekonstituierten Aggregats
ist in Tabelle 2 angegeben.
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Das
in die Massemühle
eintretende Kohlenstoffaggregat AC, d. h. im Verfahren vorgeschaltet,
hatte demzufolge ein Gr/S-Verhältnis,
das deutlich unter dem des rekonstituierten Aggregats lag (nämlich 8,3
im Vergleich zu 21,4). Durch den Vorbehandlungsschritt D (Vormahlung)
konnten die groben Körner
entfernt werden, wobei das Gr/S-Verhältnis nur sehr geringfügig verkleinert
wurde (nämlich
8,3 am Eingang der Mühle
im Vergleich zu 7,3 nach der Vormahlung).
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Das
rekonstituierte Kohlenstoffaggregat wurde einem Petrolpech beigemengt
und mit Hilfe eines Mischwerks warm vermischt, um eine homogene
Masse zu bilden. Diese Masse wurde anschließend geformt, um Kohlenstoff-Rohanoden
herzustellen, die dann in einem Ringkammerofen gebrannt wurden.
Die mittlere geometrische Dichte der nach dem Verfahren der Erfindung
hergestellten Anoden betrug nach dem Brennen 1,580 mit einer Standardabweichung
von 0,015. Tabelle 2
| | < 30 μm | 30 μm bis 300 μm | 300 μm bis 30 mm | > 30 mm | Gr/S |
| Fraktion
F2
(Körnung
G+) | 0,1 | 1,6 | 98,3 | 0,0 | 64,3 |
| Fraktion
F1
(Körnung
G–) | 0,1 | 88,9 | 11,0 | 0,0 | 0,1 |
| Feinkorn
F | 85,0 | 15,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 |
| Rekonstituiertes
Aggregat | 14,5 | 3,8 | 81,7 | 0,0 | 21,4 |
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Die
hergestellten Anoden wurden in Elektrolysezellen für die Produktion
von Aluminium nach dem Hall-Héroult-Verfahren
eingesetzt. Bei keiner der hergestellten Anoden kam es zu einem
Bruch durch Temperaturwechsel in den Elektrolysezellen, in denen
die Anoden verwendet wurden.
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Vorteile der Erfindung
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Die
Einfachheit des Verfahrens ermöglicht
es, die Investitions- und Unterhaltungskosten wie auch die Gefahr
von Pannen durch die reduzierte Zahl der erforderlichen elektromechanischen
und mechanischen Ausrüstungen
in Grenzen zu halten. Insbesondere durch die reduzierte Zahl der
Dosiergeräte
kann die Gefahr von Pannen spürbar
vermindert werden.