NO154804B - Fremgangsmaate for utforing av elektrolyseceller for fremstilling av aluminium. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en femgangsmåte for utforing av elktrolyseceller og spesielt celler for fremstil-

ling av aluminium ved elektrolyse av aluminiumoksyd oppløst i smeltet kryolitt.

En celle for fremstilling av aluminium dannes av en metallboks med en lengde som vanligvis ligger i området 5-8 m og med en bredde fra 2-4 m. Bunnen av boksen pakkes først til en tykkelse i størrelse 18-42 cm med elektrisk og termisk isolerende ildfast materiale som er motstandsdyktig overfor mulig inntrengning av aluminium og fluorerte produkter. Mon-teringen av "katodeblokker" som består av katoden i elektrolysecellen og som skal anbringes direkte i kontakt med sjiktet av flytende aluminium som fremstilles i cellen, blir deretter arrangert. Til slutt må forbindelsene fremstilles mellom katodeblokkene og deretter den laterale pakning av cellen, d.v.s. at rommet mellom de laterale vegger i boksen og katode-

blokkene må fylles med et stoff som er motstandsdyktig over-

for kjemisk påvirkning av aluminium og av det fluorerte bad ved en temperatur i størrelsesorden 1000°C.

Denne pakning må ha et antall andre egenskaper, spesielt høy mekanisk styrke da den må motstå høye påkjenninger, dimensjonsstabilitet under brenning, evnen til å motta en for-sterkning slik som vanlig betong, sterk motstandsdyktighet overfor oksydasjon og erosjon på grunn av elektrolysebadet og me-tallet.

Denne pakningsoperasjon er også kalt "foring" eller "brasquing" fordi den vanligvis utføres ved bruk av en "forings-pasta" eller "brasquing Paste", dvs. en blanding basert på bek og koks som bringes på plass i varm tilstand og der stampes inn.

Den omhyggelighet man oppviser ved fremstilling av

denne "foring" og kvaliteten i produktene som benyttes, bestem-mer i meget stor grad tjenestetiden for en elektrolysecelle da inntrengning av metall og smeltet kryolitt gjennom dårlige eller sprukne pakninger gjør den ubrukelig etter kort tid.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er basert på, ved denne foringsoperasjon, bruken av et produkt bestående av et ikke-karbonholdig bindemiddel og et aggregat hvorav minst én andel består av et karbonholdig bindemiddel.

Foreliggende oppfinnelse har til hensikt å innføre forbedringer i den kjente teknikk og angår således en fremgangsmåte for utforing av en elektrolysecelle for fremstilling av aluminium ved elektrolyse av aluminiumoksyd som er oppløst i smeltet kryolitt, og denne fremgangsmåte karakteriseres ved at elektrolysecellen utfores ved bruk av betong bestående av et middel omfattende en herdesement som har en lav vannreten-

sjon og en lav, åpen porøsitet og som etter herding omfatter fra 25 til 30 vekt-% aluminiumholdig sement valgt blant sementer basert på kalsiummonoaluminat og -dialuminat, fra 35 til 40 vekt-

% vitrøs silisiumdioksyd med partikkelstørrelse 0,01 til 0,1 ym, og 35 - 45% av et inert fyllstoff i partikkelform med partikkel-størrelse 1-100 ym, idet sementen inneholder mindre enn 15 vekt-% og fortrinnsvis mindre enn 10 vekt-% CaO; og et aggregat, idet minst én del av aggregatet består av et karbonholdig produkt, fortrinnsvis antrasitt, i en mengde av minst 5% og den andre andel består av et ikke-karbonholdig produkt, fortrinnsvis svart korund eller silisium- aluminiumholdige produkter, og en mengde vann som ikke overskrider 10 vekt-%og fortrinnsvis ikke overskrider 6 vekt-% av den tørre blanding.

Opptil nu er det erkjent at kun karbonholdige produkter skulle benyttes i kontakt med elektrolytten og den flytende aluminium, imidlertid med unntak av spesielle produkter slik som bornitrid som er for kostbart for industriell bruk.

Nå er det imidlertid overraskende funnet at det er mulig å benytte foringsprodukter som ikke er helt karbonholdige og spesielt betong bestående av hydraulisk eller kjemisk avbindende sement for en charge (vanligvis kjent som aggregat), hvorav alt eller minst én del består av karbonholdig materiale slik som antrasitt, anode- eller katod2avfall eller stoffer gjenvunnet f.eks. fra andre celler.

Det er observert at andelen av karbonholdig materiale i aggregatet må være minst 5% for å oppnå de ønskede egenskaper .

I lys av temperaturen til hvilken betongen vil bringes og behovet for at dennes porøsitet er så lav som mulig, er det foretrukket ved fremstilling derav å benytte en sement med en lav vannretensjonskapasitet, dvs. i praksis en sement med et lavt CaO-innhold da dette element i stor grad er ansvarlig for reduksjonen av ildfastheten og vannretensjonen.

Spesielt er den kjemisk avbindende sement som utgjør gjenstanden for FR-PS 2.359.090 utmerket egnet. Denne kjenne-tegnes ved en blanding av fra 25-30 vekt-% av en aluminiumholdig sement valgt blant sementer basert på kalsiummonoaluminat og -dialuminat, fra 35-40 vekt-% av vitrøs silisiumdioksyct i partikler med størrelsesorden 0,01 - 1 ym og fra 35-45%

av en inert charge med partikler fra 1-100 ym. I tillegg inneholder denne sement mindre enn 54% og sågar mindre enn 10%

CaO.

Andre typer sement med lavt kaloriinnhold er også egnet for gjennomføring av oppfinnelsen.

Slik som angitt ovenfor kan aggregatet være helt eller delvis sammensatt av et karbonholdig stoff. Den ikke-karbonholdige del kan velges blant ildfaste produkter, fortrinnsvis med en termisk ledningsevne som er egnet for denne type celler, relativt lav elektrisk ledningsevne og egnet mot-standsevne overfor flytende aluminium og smeltet elektrolytt slik som svart korund eller silisium-aluminiumholdige produkter.

En betong av denne type kan fremstilles ved vanlige metoder med vibreringsstamping eller helling i forskalinger, men det er ofte foretrukket først å fremstille blokker med form og dimensjoner som er tilpasset til pakningen som skal fremstilles og å brenne dem for herding og å drive hovedparten av vannet oq deretter og anbringe dem i cellen og fylle dem på vanlig måte.

Det følgende eksempel beskriver en utførelsesform av oppfinnelsen.

Eksempel

En betong bestående av 15% av en avbindende sement med et lavt kalkinnhold i henhold til det ovenfor nevnte FR-PS 2.359.090 og 85% av kalsinert antrasitt i partikler med følgende granulo-metriske fordeling:

6 0 liter vann ble tilsatt pr. tonn tørt preparat.

Noen blokker for pakning av veggene og flater i en elektrolysecelle for fremstilling av aluminium, ble fremstilt fra denne betong idet disse blokker hadde en prismeform med trapesoidalt tverrsnitt og med en enhetsvekt i størrelsesorden 200 kg og utstyrt med to behandlingskroker som siden ble skåret av ved bruk av en skjærebrenner.

Etter brenning ved 450°C målte man følgende egenskaper:

Kjemisk sammensetning på vektbasis:

Det følgende ble målt etter brenning ved 950°C:

Disse blokker ble etter at de var bragt på plass i cellen deretter fylt opp med konvensjonell f6ringspasta basert på koks og bek.

Den tid man sparte var ca. 30% i forhold til en konvensjonell foringsoperasjon utført ved stamping av varm f6rings-pasta.

Etter flere driftsmåneder viste elektrolysecellen som var produsert på denne måte, ingen tegn til sammenbrudd.

Fremgangsmåten som utgjør gjenstand for oppfinnelsen ble vist for f6ring av celler for fremstilling av aluminium ved elektrolyse, men kan anvendes på lignende måte til en hvilken som helst type elektrometallurgiske ovner.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for utforing av en elektrolysecelle for fremstilling av aluminium ved elektrolyse av aluminiumoksyd som er oppløst i smeltet kryolitt, karakterisert ved at elektrolysecellen utfores ved bruk av betong bestående av et middel omfattende en herdesement som har en lav vannretensjon og en lav, åpen porøsitet og som etter herding omfatter fra 25 til 30 vekt-% aluminiumholdig sement valgt blant sementer basert på kalsiummonoaluminat og -dialuminat, fra 35til40 vekt-% vitrøs silisiumdioksyd med partikkelstørrelse 0,01 til 0,1 ym, og 35 - 45% av et inert fyllstoff i partikkelform med partikkelstør-relse 1-100 ym, idet sementen inneholder mindre enn 15 vekt-% og fortrinnsvis mindre enn 10 vekt-% CaO; og et aggregat, idet minst én del av aggregatet består av et karbonholdig produkt, fortrinnsvis antrasitt, i en mengde av minst 5% og den andre andel består av et ikke-karbonholdig produkt, fortrinnsvis svart korund eller silisium- aluminiumholdige produkter; og en mengde vann som ikke overskrider 10 vekt-% og fortrinnsvis ikke overskrider 6 vekt-% av den tørre blanding.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at betongen som anvendes først anbringes i former som gir blokker hvoretter ovnsforingen fremstilles ved å anbringe blokkene på eller ved siden av hverandre.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at blokkene brennes etter fjerning fra formen ved en temperatur på minst 120°C og fortrinnsvis over 400°C.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes en sement med et kalkinnhold på mindre enn 15%.