DK177503B1 - Fremgangsmåde og forbagt anode til aluminiumfremstilling - Google Patents

Abstract

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til at fremstilling aluminium i en Hall-Héroult-celle med forbagte anoder samt anoder hertil. Anoderne tilvejebringes med slidser i slid- (bund-) fladen til afdræning af gas. Slidserne er 2-8 mm brede, fortrinsvis 3 mm.

Description

DK 177503 B1

Fremgangsmåde og forbagt anode til aluminiumfremstilling

Fremgangsmåde og et produkt til aiuminiumfremstiiiinq Den foreliggende opfindelse angår en optimeret fremgangsmåde til at udføre 5 en eiektrolyseproces til fremstilling af aluminium i overensstemmelse med Halt-Héroult-processen med forbagte anoder, samt anoder dertil.

I en fremgangsmåde som beskrevet ovenfor vil der udvikles gas ved slidfladen (primært undersiden eller bundsiden) af anoder som følge af reduktionen 10 af aluminium. Især vil der akkumulere kuldioxidgas ved denne flade, som forårsager variationer og ustabilitet i den elektriske kontakt fra anoden til elektrolytten. Dette fysiske fænomen har adskillige ulemper, såsom: # Øget tilbagereaktion og tab af strø ineffektivitet som følge af tæt kon- 15 takt mellem det frembragte aluminiumlag og CCVgasbobler.

• Øget mulighed for og varighed af anodeeffekter.

® Varmeproduktion i gaslagene medfører en reduceret interpolær afstand og reduceret densitet på cellen. En stigning i strømdensiteten vil øge produktionen på cellerne.

20

Det ekstra IR-fald (fald i interpolær modstand) som følge af gasbobleme i elektrolytten er bievet målt til at være 0,15 - 0,35 V i aluminiumreduktionscel-ler (1992, The 11 th International Course on Process Metallurgy of Aluminium, side 6-11).

25

Der er fremlagt adskillige forslag til at minimere ovenstående problem, f.eks. at indføre anoder med en skrå eller tippet bund, at udforme spalter eller spor i anodernes slidflade for at afdræne gassen fra området.

30 Normalt frembringes spalter i forbagte anoder i en vibrator-kompakteringsenhed, når anodemassen er i grøn tilstand, eller i en tørf orm a- DK 177503 B1 2 lingsproces, som udformes på de kalcinerede anoder. Tørformalingsprocessen udføres normalt ved brug af en rundsav. I overensstemmelse med moderne almindeligt til rådighed værende fremstillingsprocesser skal man tilvejebringe spalter af en bredde, som ligger på ca. 13-15 mm.

5

Der er imidlertid ulemper forbundet ved at tilvejebringe spalter i anodeoverfladen, og de angives her: * Reduceret holdbarhed af anoden i cellen som følge af, at der fjernes anodemasse 10 · Reduceret arbejdsfladeareai af anoden.

* Der skal transporteres ekstra kulstofmateriaie tilbage til kulstofmasse-fabrikken (tørformaling).

* Ekstra energi til formalingsoperationen (tørformaling) 15 Samtlige disse ulemper kan reduceres ved at gøre slidserne smallere. Således bør spalterne ikke være bredere end nødvendigt for effektivt at dræne anodegasserne fra arbejdsfladen.

En undersøgelse, som udførtes og frem lagdes i ”R. Shekar, J.W. Evans, 20 Physical modelling studies of electrolyte flow due to gas evolution and some aspects of bubble behaviour in advanced Hall cells, Part III, Predicting the performance of advanced Hall cells, Met. And Mat. Trans., Vol 27 B, Feb.

1996, pp. 19-27”, angiver at spor med en bredde på under 1 cm ikke afdræ-nede gassen ordentligt.

25

Trods ovenstående anvisninger har ansøger nu foretaget indledende undersøgelser i en elektrolysecelle, hvor anoder forsynes med meget tynde spalter, som har vist sig at tilvejebringe tilstrækkelig afdræning af gas.

DK 177503 B1 3

De i undersøgelsen indgående anoder kalcineredes og behandledes ved at implementere en behandlingsteknik, som er kendt fra behandling/skæring af andre typer materialer.

5 Ved at gøre spalterne i den kalcinerede anode smallere end i den kendte teknik, vil ovenstående ulemper blive formindskede.

Idet de tynde spalter kun fjerner en lille andel af anodemassen, er der mulighed for at anvende et stort antal spalter.

10

Faldet i badspændingen, når der bruges spalter, muliggør en stigning i strømstyrken i aluminiumreduktionsceilen, hvorved aluminiumproduktionen øges og forbruget af specifik energi falder. Fordelen forstærkes, når der bruges smalle spalter, fordi der, som beskrevet ovenfor, kun fjernes en lille andel 15 anodemasse, selv når der bruges adskillige smalle spalter.

Disse og yderligere fordele vil blive tilvejebragt med opfindelsen som defineret i de tilhørende krav.

20 ! det følgende vil opfindelsen blive forklaret mere detaljeret, idet der henvises til eksempler og figurer, hvor:

Fig. 1 viser en skitse af én anode i overensstemmelse med opfindelsen;

Fig. 2 viser badspændingsfaldet i aluminiumreduktionsceilen vs. antallet af 25 spalter;

Fig. 3 viser et foto af en anode i overensstemmelse med opfindelsen;

Fig. 4 viser procesdata ekstraheret fra en undersøgelse udført i fuld skala, hvortil der anvendes anoder ifølge den foreliggende opfindelse.

30 Som illustreret på fig. 1 vises der en anode, som har spalter udformet i sig, og hvor bredden af spalterne ligger mellem 3-8 mm. Der angives desuden to DK 177503 B1 4 spalter med en udhængende (GB: cantilevered) bund, hvis dybde ved den ene ende af anoden h2 er 320 mm og dybden ved den anden ende h1 er 350 mm. De overordnede dimensioner af anoden i dette eksempel er længde, Ινίδιο mm, højde h3==600 mm, og bredde β==700 mm. Desuden forløber 5 spalterne i denne udførelsesform gennem mere end 50 % af anodens højde.

Den udhængende bund kan have en hældning svarende til >0° og <10°.

På fig. 2 vises, hvordan badspændingen kan falde, når der laves et tiltagende antal spalter i anoden. Det faktiske antal vil variere med anodebredden og 10 anodelængden, den aktuelle densitet samt spalteudformningen. Spænding angives på den lodrette akse, antallet af spalter på den vandrette akse.

I de udførte fuldskala-undersøgelser har det kunnet iagttages, at spalternes dybde vil stige en smule som følge af erosionen i elektroiyseprocessen. Den-15 ne virkning foranlediges af det faktum, at den gas, som drænes ind i spalterne fra bunden af anoden, vil forbruge kulstofmateriale i bunden af spalten som følge af Boudoard-reaktionen (CO2 + C = 2CO). Et forbrug på 2-3 cm kulstofmateriale i bunden af spalterne har kunnet iagttages i en anode, som var blevet brugt i cellen i 17 dage, dvs. en anode med 60 % slid. Der skal 20 tages højde for denne selv-fremførende spalteforlængde virkning, når bear-bejdningsdybden af spalterne skal bestemmes.

Ved den nye fremgangsmåde til bearbejdning af spalterne vil der blive frembragt finkornet støv, som nemt kan returneres til massefabrikken. Faktisk vil 25 det frembragte støv erstatte en type af tørstøv, som alligevel skal bruges i massefabrikken. Så i stedet for at stå tilbage med et problem i form af overskydende materiale, der skal tilbageføres, kan man nu producere nyttigt materiale som følge af den nye bearbejdningsfremgangsmåde.

30 På fig. 3 vises et foto af én anode i overensstemmelse med den foreliggende opfindelse, som viser slidfladen (bundsiden) af anoden. Anoden er udtaget af DK 177503 B1 5 ælten efter en produktionsperiode. De to langsgående linjer vist på fotoet er spalterne.

Fig. 4 visere data for cellestøj, som ekstraheres fra en fuldskala-5 undersøgelse, hvortil der anvendes anoder i overensstemmelse med den foreliggende opfindelse. Som vist på figuren er det muligt at kore elektrolyse-processen mere stabilt end tilfældet er med ikke-bearbejdede anoder.

Faldet i spændingsstøj i cellen er mindst den samme, som er opnået hidtil i 10 celler, som har traditionelle spalter med en bredde på 12-15 mm, hvilket angiver, at den 3 mm brede spalte er tilstrækkelig til at fjerne kuldioxidgas fra anodens arbejdsoverfiade.

En yderligere sammenligning mellem anoder med 3 mm brede spalter og 15 anoder med 15 mm brede spalter viser, at selv med samme antal spalter er fordelen betydelig. For en anode, som er 100 cm bred og forsynet med to 15 mm brede spalter, blev anodens arbejdsfiade reduceret med 3 %. For en anode i overensstemmelse med den foreliggende opfindelse vil to spalter med en bredde på 3 mm reducere arbejdsfladen med kun 0.6 %, 20

Det antages, at opfindelsen vil virke selv med endnu snævrere spalter, f.eks.

2 mm.

Claims (8)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af aluminium i en Hall-Héroult-ceile med forbagte anoder, hvor anoderne har en eller flere spalter i sine slid- (bund-) 5 flader med henblik på afdræning af gas, kendetegnet ved at afdræningen af gas udføres med en eller flere spalter, som er 2-8 mm brede.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved at gasafdræningen udføres af to eller flere spalter i hver anode.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, 15 kendetegnet ved at spalterne har udhængende bund >0° og <10°.

4. Forbagt anode til en Hall-Héroult-ceile til fremstilling af aluminium, hvilken anode har en eller flere spalter anbragt ved sin bunddei (slidflade) til afdræ- 20 ning af gas, kendetegnet ved at en eller flere af spalterne er 2-8 mm brede.

5. Forbagt anode ifølge krav 4, 25 kendetegnet ved at en eller flere af spalterne er 3 mm brede.

6. Forbagt anode ifølge krav 4, kendetegnet ved 30 at anoden har to eller flere spalter. DK 177503 B1 7

7. Forbagt anode ifølge krav 4, kendetegnet ved at den ene eller de flere spalter gennemtrænger anoden i et omfang, søm udgør mere end 50 % af anodens højde. 5

8. Forbagt anode ifølge krav 4, kendetegnet ved at den ene eller de flere spalter er udhængende i en vinkel på mellem 0° og 107 10