HU217324B - Eljárás alumínium előállítására szolgáló, szénalapú szerkezeti elemek kezelésére, és elektrolizálócella - Google Patents

Abstract

A találmány szerinti eljárás alűmíniűm előállítására használtelektrőlizálócella, különösen flűőridőlvadék elektrőlitban működőtimföld-elektrőlizáló cella szénalapú szerkezeti elemeinek kezeléséreszőlgál a cella működése sőrán levegő és anódős reakcióbanfelszabadűló őxidálógázők által őkőzőtt tönkremenetellel szembeniellenállás javítására. Az eljárás sőrán a szerkezeti elemek felületétkis felületi feszültségű, így a szénalapú anyaggal 90ř-nál kisebbérintkezési szögű, megfelelő nedvesítést biztősító és a behatőlástelősegítő bórtartalmú őldattal érintkeztetik, a védendő elem felületéta bórtartalmú őldattal 1,5–5 cm mélységben impregnálják, majdszárítják. A találmány tárgyköréhez tartőzik tővábbá a fentieljárással kezelt anód, valamint a fenti eljárással kezelt szerkezetielemeket (anódőt és őldalfalat) tartalmazó elektrőlizálócella is. ŕ

Description

A találmány alumínium előállítására szolgáló elektrolizálócella, különösen fluoridolvadék elektrolitban, így kriolitban működő timföld-elektrolizáló cella szerkezeti elemeire, különösen előégetett, szénalapú anódokra és oldalfalakra vonatkozik. A találmány különösképpen előégetett anódok oldalai és teteje, valamint oldalfalak oxidációval szemben mutatott ellenálló képességének javítására vonatkozik, amely szerkezeti elemek a cella működése közben levegő és oxidáló gázok hatásának vannak kitéve.

Alumíniumot hagyományosan a Hall-Héroult-eljárással, kriolit alapú elektrolitolvadékban oldott timföld 950 °C-ig terjedő hőmérsékleteken lefolytatott elektrolízisével állítanak elő. A Hall-Héroult-cellákban az anódok általában előégetett széntömbök, amelyeket az elektrokémiai reakció fogyaszt, az elektrolittal való érintkezés korrodál, továbbá a fejlődő oxidáló gázok roncsolnak.

Az alumínium előállításához használt előégetett anódokat petrolkoksz mátrixból állítják elő kötőanyagként szurkot használva. Előállításuk különböző lépéseket tartalmaz, amelyek magukban foglalják a kiindulási anyagok előállítását és kezelését, valamint keverést, formázást és magas hőmérsékleten lefolytatott kalcinálást, amit az árambevezető rudazat elhelyezése követ.

Az alumínium előállítása komplex reakció, amely a következő egyenlettel írható le:

A1₂O₃ F C—>A1+CO₂, ahol az 1 kg termelt alumíniumra vonatkozó elméleti fogyás 0,334 kg anódszén. A tényleges anódfogyás azonban 40-50%-kal nagyobb, ami az alumínium előállítási költségének mintegy 20%-át teszi ki.

A fenti sztöchiometrikus szénfogyás különböző szekunder reakciókból vagy káros jelenségekből származik, amelyek a következő módon csoportosíthatók:

- az anód felső részével érintkező levegő oxigénjével lejátszódó oxidációs reakciók, amelyek - ha az anód nincs védve - a következő módon írhatok fel: C+O₂—>CO₂;

- a szén oxidációs reakciói CO₂-dal az elektrolitba merülő anód felületén, az úgynevezett „Boudouardegyensúly” C+O₂^CO; és

- a szurokkoksz petrolkokszhoz viszonyított szelektív oxidációja, amelynek következtében szénszemcsék maradnak vissza, amelyek hajlamosak az elektrolit felületén való lerakódásra, és ezáltal zavarják az eletrolízis folyamatát, továbbá növelik az eletrolit-hőmérsékletet.

Az anódfogyásnak az alumínium-előállítási eljárás gazdaságosságára gyakorolt befolyása miatt az utóbbi években jelentős eredményeket értek el a kérdés tanulmányozásában. Ennek következtében korrelációt állapítottak meg az anódfogyás és számos paraméter, így az elektrolit-hőmérséklet, az anód levegőátbocsátása és hővezető képessége tekintetében. Ma már lehetséges az anódfogyás becslése egyenletek alapján, ahol a kapott eredmények közelítőleg megfelelnek az ipari gyakorlatban megállapított értékeknek.

Széles körben elterjedt az a vélemény, hogy a megnövekedett anódfogyás fő összetevője a levegővel érintkező anódfelület oxidációjának következménye. A fajlagos nettó szénfogyás jellemző megoszlása (a technika állásából ismert legjobb alumínium védőbevonat esetén) a következő:

Fogyás	kg C/kg Al	%
Eletrokémiai	-0,334	-76,0
Áramhatásfok	-0,037	-8,4
Oxidálás	-0,051	-11,6
Szén oxidálása	-0,018	-4,0
Fajlagos nettó fogyás		-0,440

Az előégetett szénanódok a kiindulási anyagokból származó fémes szennyeződéseket tartalmaznak, amelyek nemkívánatos módon befolyásolják az anódfogyást. Különösen vanádium, vas, kén és főleg nátrium fejtenek ki katalitikus aktivitást, ami az anód oxidálási reakcióját befolyásolva kedvez az oxigén támadásának.

Számos kísérletet tettek előégetett szénanódok oxidálását csökkentő eljárások kifejlesztésére a hatékonyság növelése céljából, többek között adalékanyagoknak a koksz/szurok elegybe történő bevitele útján.

Foszfor hozzáadása foszfátként vagy foszforsavként kedvező hatást gyakorol az anódfogyásra, azonban nemkívánatos módon szennyezi az alumínium terméket, és csökkenti az áramhatásfokot. Ennélfogva az US 4439491 szerinti foszforalapú kezelőszerek nem bizonyultak eredményesnek az alumínium-előállítás során használt előégetett szénanódok oxigénnel szemben való védelmére.

Az AlF₃-ot annak alapján javasolták adalékként, hogy nem szennyezi a fürdőt. A szénfogyás csökkenése volt megfigyelhető, ez azonban annak következménye, hogy az A1F₃ gőzei csökkentik a koksz és szurok közötti szelektív reakciót, ezért az elérhető megtakarítás csekély, minthogy a fő oxidáció nem csökken.

Egyéb vegyületeket, így 1-3% AlCl³-ot vagy H₂SiO₃ alakjában 0,2-1% SiO₂-ot is kipróbáltak, ezek az adalékok azonban nem nyújtottak kielégítő eredményt.

Főleg B₂O₃ és bórsav (H₃BO₃) alakjában lévő borról is megállapították, hogy a jelen lévő katalitikus anyagok (így NaO₂, FeO és V₂O₅) hatását - azokkal stabil ötvözeteket képezve - gátolja.

Előégetett szénanódokba az anód össztömegére számított 0,2-0,3 tömeg% vagy azt meghaladó mennyiségű bórvegyületekkel az oxidáció mértékét akár 50%-ig terjedő mértékben csökkentették. Ilyen megoldásokat javasolnak többek között az US 4613 375 (0,5-1,5 tömeg% szervetlen adalékanyag, amely bőrt és B₂O₃-ot tartalmaz) és DE-A-3 538294 (az anódot alkotó szén adalékolását javasolják korróziós inhibitorokként mangánnal és borral vagy kobalttal és borral, ahol az egyes elemek a szénre vonatkoztatva legalább 0,1 tömeg%, előnyösen legalább 0,5 tömeg% mennyiségben vannak jelen). Azonban ezek a javaslatok sem voltak kielégítőek, minthogy alumínium előállítására szolgáló anód legnagyobb megengedhető bórtartalma az alumínium termékben megengedett legfeljebb 60 ppm értéknek megfelelően az egész anódban legfeljebb 150 ppm lehet.

HU 217 324 Β

Egyéb alkalmazások, így ívfénykemencékben használt szénanódok esetén - ahol a bórszennyezés nem okoz nehézséget - az oxidációval szemben mutatott ellenállás javítására javasolták mintegy 3 tömeg% bőr bevitelét (US 4770825). Alumínium előállításához használt anódok esetén ez nyilvánvalóan teljesen elfogadhatatlan.

Alumínium előállítására használt anódokhoz védőbevonatokat is javasoltak, nevezetesen az anód felületén lévő olvasztott alumíniumréteget. Ennek a megoldásnak a gazdaságossága kétséges, minthogy az anódfelület 1 cm²-ére vonatkoztatva 0,8-1,0 g alumíniumot igényel, másrészt a szén rossz nedvesíthetősége az alumíniumolvadékban az ilyen bevonatok egyenetlenségét okozza. Mindazonáltal jelenleg a legelterjedtebben elfogadott megoldás az anód oxidációjának csökkentésére az alumíniumbevonat.

Egy másik javasolt védőbevonat timföldből áll, ennek azonban az a hátránya, hogy az anód körül hőszigetelést létesít, ami helyi túlhevüléshez, és ezáltal az oxidációs folyamat gyorsításához vezet.

Nem bizonyultak sikeresnek azok az anódbevonási kísérletek, amelyekben a szén felületére B₂O₃-alapú védőbevonatokat vittek fel. Az US 3 852 1070,5-5 mm vastagságú bevonat felszórását ismerteti előhevített anódra, ahol a felszórt elegy bórvegyület mátrixot és tűzálló töltőanyagot, így karbidot tartalmaz.

A bórsavat vagy annak sóit alkalmazó korábbi kísérletek hátrányainak leküzdésére DE-A-2809295 szénidomtest, így alumínium előállítására szolgáló előégetett anód bevonását ismerteti, amelynek során ammóniumpentaborát vagy ammónium-tetraborát oldatát használják bórsavanhidrid (B₂O₃) anyagú üveges bevonat előállítására. Az ilyen bevonatok kezdetben csökkentik az anódfelület reakcióképességét oxigénnel szemben, azonban ez a hatás rövid ideig tart, és ha a bevonat már lekopott, a hatás megszűnik.

Az ilyen bevonatok az anód külső felületén maradnak, és az anód szállítása, továbbá a cellába történő szerelése során mechanikailag könnyen megsérülhetnek. Ezek a bevonatok gáz számára nem teljesen átjárhatatlanok, ezért az anódot nem védik oxidációval szemben.

Az előégetett szénanódok előzőekben ismertetett nehézségei érvényesek a cella szén anyagú oldalfalaira is, amelyeknek az elektrolitba merülő alsó része és CO₂-ban dús levegőnek kitett felső része van, amely oxidáló gázok támadásának eredményeként roncsolódik és kopik.

A fentiek alapján a találmány feladata alumínium előállítása során használt előformázott szénanód vagy cellaoldalfal oxidációval szemben mutatott ellenállásának javítása bór bevitele útján az ismert javaslatok természetéből eredő hátrányok kiküszöbölésével.

A találmány eljárás alumínium előállítására szolgáló elektrolizálócella, különösen fluoridolvadék elektrolitban működő timföldelektrolizálócella szénalapú szerkezeti elemeinek kezelésére a cella működése során levegő és anódos reakcióban felszabaduló oxidáló gázok által okozott tönkremenetellel szembeni ellenállás javítására. Az eljárás során a szerkezeti elemek felületét kis felületi feszültségű, megfelelő nedvesítést biztosító és a behatolást elősegítő, 90°-nál kisebb érintkezési szögű, bórtartalmú oldattal érintkeztetjük, a védendő elem felületét a bórtartalmú oldattal 1,5-5 cm, előnyösen 2-4 cm mélységben impregnáljuk, majd szárítjuk.

A találmány szerinti impregnáló kezelés cm nagyságrendű vastagságban védőréteget biztosít, amelynek során a bór behatol azokba a pórusokba, amelyekbe oxidáló hatású levegő/gáz lép be.

A kezelés főleg előégetett szénanódokra alkalmazható, amelyek hajlamosak a külső réteg szállítás közben bekövetkező mechanikai sérüléseire. A találmány szerinti kezelés esetén a külső felület sérülése - az impregnálás vastagságának következtében - nem káros az oxidáció elleni védelemre. Az impregnálás hosszan tartó védőhatást biztosít, minthogy az anód használat közben csupán lassan kopik.

Az impregnálókezelés a cella oldalfalaira is alkalmas, főképpen azok felső részére, amely használat közben ki van téve levegő és oxidáló gázok hatásának, valamint az elektrolitba merített oldalfal felületén a CO₂-dal lejátszódó szénoxidációs reakciónak kitett alsó rész esetében.

A cella oldalfalainak impregnálása esetén a védőhatást fokozhatjuk oly módon, hogy az impegnált oldalfalak felületére tűzálló anyag rétegét, így kolloid hordozóban lévő szemcsés diboridot, többek között kolloid timföldben lévő titán-diboridot viszünk fel (WO 93/25731).

A bórtartalmú oldat bórvegyületet, így B₂O₃-ot, bórsavat vagy tetrabórsavat tartalmaz oldószerben oldva, amelyet metanol, etilénglikol, glicerin, legalább egy felületaktív anyagot tartalmazó víz és ezek elegye közül választunk.

Jó eredményeket értünk el bórsavval és bórsav B₂O₃-ot képező prekurzoraival. Megállapításaink szerint borátok nem adnak jó eredményeket.

Az oldat előnyösen 5-60 tömeg% bórvegyületet tartalmaz, főleg 10-120 °C, előnyösen 20-80 °C hőmérséklet-tartományban, amely körülmények között az oldat kitűnően behatol a pórusos szénbe. 50-60 tömeg% bórvegyületet és oldószerként metanolt, etilénglikolt vagy glicerint tartalmazó oldatokat legalább 80 °C hőmérsékleten használunk.

A kezelést - a bórvegyület oldhatóságának növelésére és a kezelési idő csökkentésére - előnyösen melegített oldatban folytatjuk le. Ez azonban az anód melegítését is magában foglalja. A környezeti hőmérsékleten lefolytatott kezelés ezért kényelmes, minthogy a melegítéshez nincs szükség speciális berendezésre.

Alacsony hőmérsékleteken oldószerként előnyösen metanolt, etilénglikolt vagy glicerint használunk - a bórvegyület oldódásának növelésére alkalmazott esetleges adalékokkal együtt. Ilyen esetekben a kezelési idő néhány óra is lehet. Ha oldószerként vizet használunk, felületaktív anyagokat, különösen kationos felületaktív anyagokat alkalmazunk. Használhatunk azonban anionos felületaktív anyagokat is. Olyan anyagok elkerülendők, amelyeknek komponensei nem kívánt módon szennyezik a termelt alumíniumot, vagy elősegítik a szén oxidálását. A fenti felületaktív anyagok jelen lehetnek egyéb, oldhatóságot növelő szerekkel, így bor3

HU 217 324 Β kősawal vagy citromsavval együtt, valamint az anód impregnálásának javítására és gyorsítására az oldatot melegíthetjük.

Felületaktív anyagok használata fontos körülmény az oldat behatolásának meggyorsítására és annak érdekében, hogy csupán néhány perc alatt néhány cm-es, kielégítő mélységű impregnálást érjünk el, minthogy hosszú idejű kezelés az eljárást gazdaságtalanná tenné.

Az anódot kezelhetjük a bórtartalmú oldatba történő

- melegített oldat esetén - 2 perc és 1 óra közötti időtartamú bemerítés útján, amit szárítás követ. Általában elegendő egyetlen impregnálás, azonban az impregnálás és szárítás műveletét ismételhetjük mindaddig, amíg a kezelt anódfelület a bórvegyülettel telítetté válik.

A kezelési idő elvileg az anód felületének nagyságától és porozitásától, valamint a hőmérséklettől függ. Megfigyeléseink szerint a kezelés meghosszabbítása nem növeli jelentős mértékben a bórkoncentrációt vagy a behatolás mélységét.

Ha melegített oldatot használunk, az oldat kívánt hőmérsékletének a kezelés egész időtartama alatt történő fenntartásához előnyösen termosztáttal szabályozott fűtőberendezést alkalmazunk.

Anódokat kényelmesen úgy impregnálunk, hogy azokat egyszerűen bemártjuk az oldatba. Ezt lefolytathatjuk környezeti körülmények között, az impregnálást azonban segíthetjük nyomáskülönbség - túlnyomás vagy vákuum

- alkalmazásával. Az impregnálás gyorsítására egyéb módok is használhatók, így alkalmazható ultrahang.

A fentiekben ismertetett módon a bórtartalmú oldat a szén anódot 1,5-5 cm, előnyösen 2-4 cm mélységben impregnálja, ennek során a szén anód impregnált felületén a bőr koncentrációja 200 pmm - 0,35 tömeg% vagy azt akár meghaladó érték. A legnagyobb elérhető bórkoncentráció esetén sem lép fel szennyeződés miatt nehézség, minthogy a védő bórvegyületek csak az anód tetején és a védelmet igénylő oldalfelületein vannak jelen, és ott is csupán néhány cm mélységben.

Az anód védendő részeinek - nevezetesen felső és oldalsó felületeinek - kis mennyiségű bórvegyülettel néhány cm mélységben történő impregnálása útján hosszú időtartamú védelmet biztosítunk, minthogy az oxigénnek kitett felületek hosszú időn keresztül nagyon lassan kopnak, miközben az előállított alumínium nemkívánatos szennyeződése elkerülhető.

Az anód általában petrolkokszból és szurokból van előállítva, nyitott porozitása 5-30%, előnyösen 5-20%. Az anódot alkotó pórusos anyag szénalapú kompozitanyag is lehet, amely legalább egy további alkotórészt, így tűzálló oxivegyületet, elsősorban timföldet tartalmaz. Ilyen anyagokat ismertet a WO 93/25494, amelynek tartalmát hivatkozásunk útján beépítjük a leírásba.

Előégetett anód találmány szerinti impregnáló kezelését kalcinálás után folytatjuk le, amikor az anódfelület porozitása a legnagyobb, így az oldat behatolása néhány cm mélységig megnövelhető.

Az anód oxidálása növeli a porozitást. így az impregnáló kezeléssel az anód legpórusosabb, az oxidáció útján bekövetkező károsodásnak leginkább kitett része védett. Más szóval a védendő felület pórusosabb részeibe a bórtartalmú oldat jobban és mélyebbre behatol, ezáltal nagyobb védelmet nyújtva ott, ahol az szükséges.

A bórtartalmú oldat anódba történő bejutását követhetjük az oldat szintjének ellenőrzése útján vagy egyszerűen adott oldat és adott anódporozitás esetére érvényes bemerítési idő alapján.

Az anód felső és oldalsó felületeit bementhetjük a bórtartalmú oldatba egyszerűen az anód fejjel lefelé történő bemártása útján. Az anód alját, ahol az elektrokémiai reakció lejátszódik, nem kell kezelni. így egyszerűen kivitelezhető módon az anódnak csupán azon részeit kezeljük, amelyek védelmet igényelnek, és az anódban (és ezáltal az előállított alumíniumban) lévő bőr mennyiségét a minimális értéken tartjuk.

A találmány továbbá alumínium előállítására szolgáló elektrolizálócella, különösen fluoridolvadék elektrolitban működő timföld-elektrolizáló cella előégetett, szénalapú anódja. Az anódnak használat közben oxidáló gázok hatásának kitett teteje és oldalfelületei 1,5-5 cm mélységben a cella működése közben levegő és anódos reakcióban felszabaduló oxidáló gázok által okozott erózióval szembeni ellenállást javító bórvegyülettel vannak impregnálva, ahol a bor koncentrációja az impregnált felületen 200 ppm - 0,35 tömeg%, és az anódnak bórtartalmú vegyülettől lényegében mentes középső része és alsó felülete van.

Ilyen anódot előállíthatunk az előzőekben ismertetett eljárással, és az az eljárással kapcsolatban leírt valamennyi jellemzőt magában foglalhatja.

A találmány továbbá fluoridolvadék elektrolitban timfold-elektrolízis útján alumínium előállítására szolgáló elektrolizálócella. A cellának a találmány szerinti eljárással kezelt szerkezeti eleme van, ahol a szerkezeti elem felülete 1,5-5 cm mélységben impregnálva van. A bőr koncentrációja az impregnált felületen 200 ppm - 0,35 tömeg%. A szerkezeti elem úgy van felszerelve, hogy kezelt felülete érintkezik levegővel és a cella működése során felszabaduló oxidáló gázokkal.

Az oxidációval szemben optimális védőhatás elérésére a kezeléshez használt oldat számos paraméterét kell egyensúlyban tartani.

Fontos a bórvegyület, főleg a H₃BO₃ vagy B₂O₃ koncentrációja; nagyobb koncentrációk nagyobb koncentrációgradienshez vezetnek, ami kinetikai szempontból kedvez az oldat pórusos anódba való behatolásának. A bórvegyületek oldhatóságát növelhetjük az oldat kellően magas hőmérsékleten tartásával.

Az oldat pórusos szén esetén érvényes diffúziós együtthatója és a szén nedvesíthetősége az oldat által befolyásolják a behatolás sebességét és mélységét. Kis felületi feszültségű oldatok, amelyek a szénnel 90°-nál kisebb érintkezési szöget biztosítanak, megfelelő nedvesíthetőséghez vezetnek és kedveznek a behatolásnak. Kellően magas oldathőmérséklet szintén fokozza az oldat diffúzióját.

Kis gyulladékonyságú oldószerek kívánatosak. Ha a szenet gyúlékony oldószerek impregnálják, a szén oxidálásának kedvező, nemkívánatos hőfejlődés léphet fel.

A megválasztott oldószer típusa közvetlenül befolyásolja az eljárási paraméterek variálhatóságát és főleg

HU 217 324 Β a kapott eredményeket, különösen az oldat behatolási mélységét.

1. példa

Metanol, etilénglikol, glicerin és ezek elegye közül választott oldószert használva 80-120 °C hőmérsékleten 50-60 tömeg% H₃BO₃- vagy B₂O₃-koncentrációt érhetünk el az oldatban, illetve mintegy 20 tömeg%-ot, ha felületaktív anyagot tartalmazó vizet használunk oldószerként. Az ilyen oldatok rendelkeznek a kívánt fizikaikémiai tulajdonságokkal, amelyek az anód 2-60 perc bemerítési időtartama alatt kitűnő impregnálást biztosítanak. Ilyen körülmények között 15-18% porozitású és 2-3 m² felületű anód kezelése 3-4 cm mélységű impregnálást eredményez, és a bórkoncentráció néhány száz ppm.

Ha oldószerként vizet használunk, elfogadhatóan rövid kezelési idő elérésére többek között a következő kereskedelmi nevű felületaktív anyagokat alkalmazzuk: NONIDET P 40 és SPAN 85 (gyártó cég: Fluka), valamint GLUCOPON 225, DEHYPON LS, QUAF1N LDM és QUAF1N CT (gyártó cég: Henkel).

A gyakorlatban a kezelőoldat előállításához termosztáttal szabályozott fűtőberendezéssel és mechanikai keverővei ellátott tartályba először a kívánt arányban bemérjük a H₃BO₃ vagy B₂O₃ komponenst a megválasztott oldószerbe. Az oldatot ezután a 80-120 °C tartományban lévő alkalmazási hőmérsékletre hevítjük, majd a forró oldatot szintjelzővel ellátott, szabályozott hőmérsékletű tartályba visszük át.

A borsót általában olyan mennyiségben adjuk az oldószerhez, amely hevítés során is elegendő telített oldat biztosításához, így a tartály alján a feloldatlan só lerakódást képez.

A kezelendő anódot ezután fejjel lefelé bemártjuk a tartályba, hogy felső és oldalsó felületei bemerüljenek a forró oldatba. A bemerítést meghatározott ideig, így 2-60 perc időtartamig vagy mindaddig folytatjuk, amíg a szintjelző a kezelt felületek kívánt oldatfelvételét jelzi. A kezelt anódot ezután kiemeljük az edényből és megszárítjuk. A tartályt forró oldattal a kiindulási szintig feltöltve a következő anód kezelésére előkészítjük.

Az ismertetett körülmények között keletkező gőzök nem mérgezők, azok költséges kezelőberendezések szükségessége nélkül szabadon a légtérbe bocsáthatók.

A fenti módon kezelt anódok levegőn fellépő oxidációja következtében a szén fogyása a nettó fogyás 12-15%-ának felel meg, ami összehasonlítható a hagyományos alumínium védőbevonatokkal elérhető értékkel. így a találmány kitűnő és hosszú időtartamú védőhatást biztosít lényegesen csekélyebb költséggel, és a nem megfelelő védelem kisebb kockázatával, mint az alumíniumbevonatok esetén fellép.

A kezelőoldat komponensei olcsók, és sem az alumínium-előállítási eljárást, sem a környezetet nem szenynyezik. Az eljárás egyszerűen kivitelezhető, és a kezelt felületek egyenletesen vannak impregnálva a bórvegyületekkel, ami az anód vagy oldalfalak igénybevett felületein az egyenletes kopás miatt megbízhatóságot eredményez. A bór ezenkívül „negatív katalizátor” gyanánt viselkedik, anódot és oldalfalat előállíthatunk nagyobb mennyiségű vanádiumot tartalmazó szénporból, ezáltal a nyersanyagok költségét csökkenthetjük.

Claims (24)

1. Eljárás alumínium előállítására szolgáló elektrolizálócella, különösen fluoridolvadék elektrolitban működő timfóld-elektrolizáló cella szénalapú szerkezeti elemeinek kezelésére a cella működése során levegő és anódos reakcióban felszabaduló oxidáló gázok által okozott tönkremenetellel szembeni ellenállás javítására, azzal jellemezve, hogy a szerkezeti elemek felületét kis felületi feszültségű, így a szénalapú anyaggal 90°-nál kisebb érintkezési szögű, megfelelő nedvesítést biztosító és a behatolást elősegítő bórtartalmú oldattal érintkeztetjük, a védendő elem felületét a bórtartalmú oldattal 1,5-5 cm mélységben impregnáljuk, majd szárítjuk.

2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a cella szerkezeti elemeként előégetett szénanódot kezelünk.

3. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a cella szerkezeti elemeként oldalfalat kezelünk.

4. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy bórtartalmú oldatként metanol, etilénglikol, glicerin, legalább egy felületaktív anyagot tartalmazó víz és ezek elegye közül választott oldószerben oldott bórvegyületet használunk.

5. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy B₂O₃-, bórsav- vagy tetrabórsav-tartalmú oldatot használunk.

6. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy 5-60 tömeg% bórvegyületet tartalmazó oldatot használunk.

7. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az anódot 10-120 °C, előnyösen 20-80 °C hőmérsékletű bórtartalmú oldatba merítve kezeljük.

8. A 7. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az anódot 2 perc-1 óra időtartamra bórtartalmú oldatba bemerítve kezeljük.

9. A 7. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a bórtartalmú oldat anód által történő felvételét az oldat szintjének megfigyelése útján ellenőrizzük.

10. A 7. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az anód felső és oldalsó felületeit az anód fejjel lefelé bemártása útján merítjük be a bórtartalmú oldatba.

11. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szerkezeti elemet 2-4 cm mélységben impregnáljuk a bórtartalmú oldattal.

12. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szerkezeti elem felületét 200 ppm - 0,35 tömeg% bértartalom eléréséig impregnáljuk.

13. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy petrolkokszból és szurokból előállított, vagy főleg petrolkokszot és szurkot tartalmazó kompozit anyagból álló, 5-30%-os nyitott porozitású anóddal folytatjuk le.

14. A 3. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a bórtartalmú oldattal impregnált oldalfal felületére tűzálló boridbevonatot viszünk fel.

HU 217 324 Β

15. A 14. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy bevonatként kolloid timföldben lévő szemcsés titán-diboridot viszünk fel.

16. Alumínium előállítására szolgáló elektrolizálócella, különösen fluoridolvadék eletrolitban működő timföld-elektrolizáló cella előégetett, szénalapú anódja, azzal jellemezve, hogy az anódnak használat közben oxidáló gázok hatásának kitett teteje és oldalfelületei 1,5-5 cm mélységben a cella működése közben levegő és anódos reakcióban felszabaduló oxidáló gázok által okozott erózióval szembeni ellenállást javító bórvegyülettel vannak impregnálva, ahol a bór koncentrációja az impregnált felületen 200 ppm - 0,35 tömeg, és az anódnak bórtartalmú vegyülettől mentes középső része és alsó felülete van.

17. A 16. igénypont szerinti anód, azzal jellemezve, hogy bórtartalmú vegyületként B₂O₃-dal, bórsavval és/vagy tetrabórsawal van impregnálva.

18. A 16. igénypont szerinti anód, azzal jellemezve, hogy 2-4 cm mélységben van bórtartalmú vegyülettel impregnálva.

19. A 16-18. igénypontok bármelyike szerinti anód, azzal jellemezve, hogy petrolkokszból és szurokból van előállítva, vagy főleg petrolkokszot és szurkot tartalmazó kompozit anyagból áll, és nyitott porozitása 5-30%-os.

20. Fluoridolvadék eletrolitban timföld-elektrolízis útján alumínium előállítására szolgáló elektrolizálócella, azzal jellemezve, hogy az 1. igénypont szerinti eljárással kezelt szerkezeti eleme van, ahol a szerkezeti elem felülete 1,5-5 cm mélységben impregnálva van, a bór koncentrációja az impregnált felületen 200 ppm 0,35 tömeg%, és a szerkezeti elem úgy van felszerelve, hogy kezelt felülete érintkezik levegővel és a cella működése során felszabaduló oxidáló gázokkal.

21. A 20. igénypont szerinti cella, azzal jellemezve, hogy szerkezeti eleme előégetett szénalapú anód.

22. A 20. igénypont szerinti cella, azzal jellemezve, hogy szerkezeti eleme oldalfal.

23. A 22. igénypont szerinti cella, azzal jellemezve, hogy kezelt felületén tűzálló boridbevonattal ellátott oldalfala van.

24. A 23. igénypont szerinti cella, azzal jellemezve, hogy kezelt felületén szárított kolloid timföldben lévő titán-diborid-bevonattal ellátott oldalfala van.