NO168314B - Inert, sammensatt elektrode, spesielt anode for smelteelektrolyse - Google Patents
Inert, sammensatt elektrode, spesielt anode for smelteelektrolyse Download PDFInfo
- Publication number
- NO168314B NO168314B NO864210A NO864210A NO168314B NO 168314 B NO168314 B NO 168314B NO 864210 A NO864210 A NO 864210A NO 864210 A NO864210 A NO 864210A NO 168314 B NO168314 B NO 168314B
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- active elements
- composite electrode
- plate
- elements
- active
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 18
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims description 7
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims description 6
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 4
- 239000011195 cermet Substances 0.000 claims description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 15
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 8
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- 229910052574 oxide ceramic Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 6
- 239000011224 oxide ceramic Substances 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000005445 natural material Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- NQNBVCBUOCNRFZ-UHFFFAOYSA-N nickel ferrite Chemical compound [Ni]=O.O=[Fe]O[Fe]=O NQNBVCBUOCNRFZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000011295 pitch Substances 0.000 description 1
- 125000005575 polycyclic aromatic hydrocarbon group Chemical group 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
- C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
- C25C3/12—Anodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
- C25C7/02—Electrodes; Connections thereof
- C25C7/025—Electrodes; Connections thereof used in cells for the electrolysis of melts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
- Resistance Heating (AREA)
- Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
- Heterocyclic Carbon Compounds Containing A Hetero Ring Having Oxygen Or Sulfur (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
Description
Oppfinnelsen angår en inert, sammensatt elektrode, spesielt anode for smelteelektrolyse, for eksempel for pro-duksjon av aluminium, magnesium, natrium eller lithium, blant annet bestående av en aktiv del i form av en rekke stavformige aktive elementer, spesielt av oxydkeramikk, som med deres lengdeakser er anordnet parallelt ved siden av hverandre og i grupper som flukter med hverandre, en elektrodeholder som omfatter en strømledende plate med hvis ene hovedflate elektrodeelementene med deres frontflater står i kraft-låsende kontakt, og en forbindelsesanordning som forbinder de aktive elementer gruppevis med hverandre og holder de aktive elementer i kontakt med platen.
Ved smelteelektrolyse, f.eks. ved aluminiumproduk-sjon, er en intens utvikling igang med det mål ved elektroly-sen å kunne anvende inerte anoder, som spesielt består av oxydkeramikk, i stedenfor de forbrukbare anoder av carbon.
Denne utvikling er oppmuntret av en rekke fordeler: Ved fremstilling og ved anvendelse av de inerte anoder
fåes en betydelig energisparing.
I tillegg blir råstoff spart. Ved fremstillingen må
det fossile råstoff jordolje ikke anvendes, fra hvilket petroleum, koks og bek kan utvinnes. Ved drift av de inerte anoder forekommer intet eller bare et meget lite forbruk av anodemateriale. Derved bortfaller ytterligere investeringer og driftskostnader for anodefabrika-sjonen.
Da den periodevis nødvendige utskiftning av anoder ved anvendelse av forbrukbare anoder blir overflødig , kan cellene drives mer lukket. Derved blir arbeidsbetingel-sene forbedret.
Avgassen fra cellene inneholder hverken svoveldioxyd eller fleraromatiske hydrocarboner. Fluoridene kan lettere gjenvinnes fra det lukkede avgassystem.
Endelig kan inerte anoder drives med høyere strømtett-heter enn carbon anoder. Derved ø;kes produksjonskapa-siteten på en mindre flate og/eller i løpet av kortere tid.
Konstruksjonsmessig må det for de inerte elektroder på den ene side taes hensyn til de betingelser som hersker på grunn av de allerede eksisterende celler som fremdeles er ut-rustet med carbonanoder. Dette gjelder spesielt i forbindelse med strømtilførselen og anordningen og/eller dimensjonerin-gen av anodenes aktive deler. På den annen side må imidlertid selvfølgelig også hensyn taes til de krav som stilles til det materiale av hvilket de inerte anoders aktive deler består. Dette gjelder spesielt i forbindelse med de fysikals-ke parametere og fremstillingsmetoden.
En inert, sammensatt elektrode, heretter betegnet som komposittelektrode, av den ovenfor definerte type er kjent fra vesttysk patentskrift 3 003 922. Denne består i det vesentlige av en aktiv del, en elektrodeholder og en anordning for å forbinde de to førstnevnte byggegrupper.
Den aktive del er dannet av en rekke stavformige aktive elementer. Disse er med deres lengdeakse anordnet parallelt ved siden av hverandre og i grupper som flukter med hverandre. Det samlede tverrsnitt loddrett på de aktive elementers lengdeakser svarer tilnærmet til det tilsvarende tverrsnitt for en vanlig carbon«anode for en smelteelektroly-secelle. De enkelte aktive elementer består av et oxydkera-misk materiale.
For å holde på de aktive elementer og for tilførsel av strøm til disse anvendes en rørformig bærer. I denne er et ytterligere rør konsentrisk anordnet hvis nedre ende er forsynt med en bunnplate. Denne bunnplate oppviser en sen-tral boring gjennom hvilken en stavformig strømtilførsels-leder er ført hvis nedre ende som ender under bunnplaten,
er forsynt med en strømledende mottrykksplate. Ved hjelp av denne mottrykksplate blir de aktive elementers øvre frontflater på fastlåst måte bragt i mekanisk og elektrisk kontakt. For dette formål oppviser hvert av de aktive elementer som gruppevis flukter med hverandre, en boring som befinner seg i deres øvre avsnitt og som hva gjelder en gruppe likeledes flukter med hverandre. En opphengningsstang er ført gjennom hver av de med hverandre fluktende boringer i en gruppe, og opphengningsstangens ender ligger an mot en anleggsplate.
Denne anleggsplate og den nevnte bunnplate kan forspennes ved hjelp av skruebolter, hvorved de aktive elementers øvre frontflater bringes i kontakt med den strømførende mottrykksplate. Eventuelt kan et elektrisk godt ledende mellomskikt være inn-ført mellom de aktive elementers frontflater og mottrykkspla-ten.
Denne kjente elektrodekonstruksjon er beheftet med flere alvorlige ulemper.
På den ene side er konstruksjonen av denne for-holdsvis komplisert, spesielt hva gjelder opphengningsstengene som føres gjennom boringene i hodeavsnittet til de aktive elementer og tilsvarende må opplagres og spennes.
Dessuten krever fremstillingen av boringene i de aktive elementers hodeavsnitt en større produksjonsinnsats.
De kan bare fremstilles når de oxydkeramiske aktive elementer er i rå tilstand. Dessuten er boringer, spesielt hva gjelder fluktingen mellom de aktive elementer som er anordnet i grupper, beheftet med grovere toleranser da slike toleranser allerede forekommer ved fremstillingen av de aktive elementer i rå tilstand og da dessuten ytterligere dimensjonsavvik er uunngåelige ved sintringen av de aktive elementer. Dette med-fører at boringene for én gruppe av aktive elementer ikke flukter nøyaktig med hverandre, slik at enkelte av de aktive elementer som under hverandre befinner seg på rekke på en opphengningsstang, ikke eller utilstrekkelig med deres frontflater kommer i kontakt med elektrodeholderens strømførende plate. Dette gjelder enda mer ved anvendelse av elektrodene, hvor de forskjellige utvidelseskoeffisienter for de aktive elementers materiale på den ene side og for den strømtilførende plate på den annen side virker negativt forsterkende hva gjelder kon-takten mellom de aktive elementers frontflater og platen. Derved fåes et høyere spenningsfall med det resultat at den elektriske virkningsgrad synker.
Denne ulempe blir ytterligere skjerpet ved at boringene reduserer tverrsnittsflaten parallelt til de aktive elementers lengdeakse, og nærmere bestemt nøyaktig innen de aktive elementers kalde område. Derved blir akkurat der strømbanene innsnevret.
Den nevnte svekkelse av tverrsnittet for den kjente anodes aktive elementer reduserer også de aktive elementers mekaniske fasthet, og nærmere bestemt innen et område i hvilket den angjeldende opphengningastang på grunn av dens forspenning på den ene side utøver en øket trykkspenning på de aktive elementers materiale, og hvor på den annen side også de høyeste strekkspenninger oppstår på grunn av de aktive elementers vekt. Som følge av dette virker de stør-ste mekaniske spenninger nøyaktig innen området for de aktive elementers svekkede tverrsnitt, slik at en øket fare for brudd i elektrodeelementene på det nevnte sted foreligger.
Endelig er ved den kjente anodekonstruksjon ingen henholdsvis liten oppmerksomhet blitt rettet mot den nødven-dige elektrolyttbevegelse innen området for de nedre avsnitt av elektrodelementene som er dykket ned i smeiten, såvel som mot gassbortledningen innen elektrodelementenes område.
Det taes ved oppfinnelsen sikte på å tilveiebringe en inert komposittelektrode av den ovenfor nevnte type, hvor de oxydkeramiske aktive elementer er utformet under hensyn-tagen til material- og produksjonsteknologien for oxydkeramikk, idet komposittelektroden skal ha en enkel oppbygning og lett kunne monteres og dessuten ha en god elektrokjemisk virkningsgrad.
Denne oppgave er blitt løst ved hjelp av en inert sammensatt elektrode av den type som er angitt ovenfor og som er særpreget ved at hvert av de aktive elementer på den mot platen vendte side har et hodeavsnitt som i sitt tverrsnitt loddrett på fluktelinjen for en gruppe (f.eks. 11, 12 osv.) og i retning av frontflaten som er vendt mot platen er i det vesentlige kileformig utvidet, og at et spennelement med en kileflate befinner seg i anlegg med hver av de to overfor hverandre liggende kileflater av det angjeldende aktive elements hodeavsnitt, idet kileflaten har en kilevinkel som i det vesentlige svarer til kilevinkelen for den angjeldende kileflate av hode avsnittet.
Den foreliggende anodes aktive del er altså pa i og for seg kjent måte oppdelt i en rekke stavformige aktive elementer. De aktive elementer er produksjonsteknisk gunstig utformet fordi det kileformige hodeavsnitt tilfredsstiller utformningen innen keramikkteknologien, mens derimot boringene som foreligger i hodeavsnittet til den kjente anodes aktive elementer allerede produksjonsteknisk forårsaker en rekke pro-blemer, som forklart ovenfor.
I montert tilstand er de aktive elementer innen kileforspenningens område utelukkende utsatt for trykk, hvilket uten videre kan taes opp av det oxydkeramiske materiale på
grunn av dets høye trykkfasthet, og i tillegg kommer at tverrsnittet innen det aktive elements trykkutsatte område er forstørret på grunn av hodeavsnittets kileform. På grunn av tverrsnittsøkningen i innspenningsområdet for de aktive elementer kan også strekkspenningene godt taes opp på grunn av de aktive elementers vekt. Samlet fåes følgelig en mekanisk meget stabil anodekonstruksjon.
Kile- henholdsvis svalehalefastspenningen av de
aktive elementer ved hjelp av de beskrevne spennelementer gir dessuten en selvregulerende virkning med det resultat at samt-lige av de aktive elementer med deres frontflater kommer i intim kontakt med den strømførende plate, og nærmere bestemt under broslagning henholdsvis på grunn av utligning av eventuelt bestående produksjonstoleranser. På grunn av den selvregulerende kilefastspenning mellom de aktive elementer på
den ene side og spennelementene henholdsvis platen på den annen side blir dessuten eventuelle bevegelser av byggegrup-
pene i forhold til hverandre på grunn av materialenes forskjellige varmeutvidelseskoeffisienter utlignet, slik at også når anoden er i bruk, opprettholdes en intim kontakt mellom de aktive elementers frontflater med spennelementene og den strømtilførende plate. På denne måte sikres en varig og såvel elektrisk som mekanisk optimal forbindelse mellom den metal-liske strømtilførselsanordning og de keramiske aktive elementer .
Derved blir spenningsfallet mellom den strømtilfø-rende plate og de aktive elementers frontflater minimert.
I tillegg er for anoden ifølge oppfinnelsen strøm-overføringsflaten mellom den strømførende plate og de aktive elementer forstørret ved at spennelementene likeledes står i elektrisk forbindelse såvel med platen som med elektrodeele-mentenes kileflater, slik at de sistnevnte forstørrer de aktive elementers samlede kontaktflate tilsvarende i forhold til den strømtilførende byggedel. På grunn av den forstørre-de samlede kontaktflate blir også i overensstemmelse hermed spenningsfallet redusert.
På grunn av den allerede forklarte tverrsnittsfor-størrelse innen de aktive elementers hodeavsnitt, dvs. nøyak-tig innen deres kalde område, er strømføringen på dette kritiske sted avgjørende forbedret. Flateutnyttelsen ved anoden ifølge oppfinnelsen er følgelig meget god fordi strømlinjene har et visst omgrep i sideretning og fordi den virksomme anodeflate er tilnærmet lik den projiserte anodeflate.
Da anodeelementene består av et materiale med varme-lederegenskaper, er de forholdsregler som er truffet innen det kalde område, dvs. det ikke godt ledende område, av anodeelementene for å øke ledningsevnen, nemlig tverrsnittsforstør-relsen innen anodeelementenes hodeavsnitt, den spesielle ut-formning av anodeelementenes materiale for å øke ledningsevnen og den forstørrede strømoverføringsflate, av avgjørende betydning for å øke den elektriske virkningsgrad. Samlet oppviser følgelig anodeanordningen ifølge oppfinnelsen en meget god elektro-kjemisk virkningsgrad.
Mellom de aktive elementer som er anordnet gruppevis, er kanaler utformet mellom de aktive elementer i det minste der hvor spennelementene er anordnet. På den ene side kan innen området for det nedre avsnitt av de aktive elementer som er neddykket i smeiten henholdsvis i elektrolytten, smeiten og elektrolytten sirkulere i disse kanaler, hvorved en ellers eventuell utarming av elektrolytten effektivt blir mot-virket. På den annen side gir disse kanaler tilstrekkelig rom for vekkledningen av gass, slik at den utviklede gass hurtig kan ledes vekk. Begge bidrar til å øke den elektro-kjemiske virkningsgrad for prosesser utført med de foreliggende elektroder.
Gunstige utførelsesformer av komposittelektroden ifølge oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav.
Således kan for eksempel de aktive elementer i en gruppe stå i anlegg mot hverandre langs deres fluktelinje. Det er følgelig bare dannet kanaler mellom de aktive elementer der hvor spennelementer ligger mellom de aktive elementer. Derved fåes på den ene side en meget god kompakt oppbygning av den foreliggende anodes aktive del, og på den annen side er det også tatt tilstrekkelig hensyn til en tilsvarende bevegel-se av smeiten og elektrolytten såvel som vekkledningen av gass.
Riktignok er spenningsfallet innen det kalde område vidtgående redusert på grunn av den kileformige utvidelse av de aktive elementers hodeavsnitt. Til tross for dette kan det fremdeles være å anbefale å gjøre den elektriske ledningsevne til de aktive elementers materiale høyere innen området for hodeavsnittet enn innen det øvrige område fordi disse materia-ler har varmlederegenskaper. Dette er mulig for eksempel ved at materialet for de aktive elementer innen området i hoved-avsnittet er en kermet som fortrinnsvis utgjøres av sølvholdig tinnoxyd. Derved blir strømledningsevnen innen det kritiske hodeavsnitt for den foreliggende elektrodes aktive elementer enda ytterligere forbedret.
For å redusere overgangsmotstanden mellom den strøm-tilførende plate og de aktive elementer kan det være fordelaktig mellom platens angjeldende hovedflate og de aktive elementers tilsvarende frontflater å innføre et kontaktskikt. Dette kan være utformet av et nett av godt ledende metall, spesielt kobber.
For hver fluktende gruppe av aktive elementer kan på begge sider et gjennomgående spennelement eller separate spennelementer være anordnet. Det er imidlertid også mulig at spennelementet er utformet for å feste to overfor hverandre liggende aktive elementer tilhørende to nabogrupper, og for dette formål oppviser to overfor hverandre liggende kileflater med i det vesentlige en speilbildeaktig anordning. Derved blir innsatsen for ferdigproduksjonen og montasjen
i ytterligere redusert.
Det beskrevne spennelement kan med fordel ha et trapesformig tverrsnitt loddrett på fluktelinjen til gruppene av de aktive elementer. I tillegg er to separate spennelemen ter tilordnet hvert aktivt element, og lengden av ett spennelement svarer i det vesentlige til lengden av et aktivt element.
Det er imidlertid også mulig for hver gruppe av aktive elementer å anvende to gjennomgående spennelementer og å la lengden av et spennelement i det vesentlige svare til lengden av en gruppe av aktive elementer.
For hurtig montering og demontering er det fordelaktig at spennelementene er festet til platen ved hjelp av skruer.
For å unngå korrosjon på grunn av de aggresive gas-ser som er tilstede i cellen og på grunn av de høye tempera-turer er det selvfølgelig gunstig ikke bare å beskytte de områder av den strømførende plate som er vendt mot cellens indre, men også spennelementene innbefattende deres feste-elementer v^d hjelp av tildekningselementer av et korrosjonsbestandig materiale. Her er keramikk-grafitt-kompositt-materialer, f.eks. leiregrafitt, et naturlig materiale.
Endelig er det sterkt fordelaktig å avkjøle den strømtilførende plate. Dermed er det mulig å føre elektrodeholderen så tett nær smeiten som mulig og likevel holde kon-takttemperaturen mellom platen og aktive elementer under 250° C. Dette er spesielt nødvendig når anoden drives med høyere strømbelastning da som kjent elektrodens temperatur øker kvadratisk med strømbelastningen. Avkjølingen er fortrinnsvis slik at 30 - 35 % av den samlede varme blir ledet bort via anodeoverflaten. Fordelen ved å føre elektrodeholderen så tett nær som mulig skyldes selvfølgelig at de aktive elementer derved kan være laget korte, hvorved på den ene side kostbart materiale kan spares og på den annen side spenningsfallet i de aktive elementer ytterligere blir redusert.
Det er gunstig at avkjølingen av platen utføres ved hjelp av avkjøling med vann, og for dette formål er platen utformet som et hullegeme i hvilket kanaler for kjølevannet er anordnet. I dette tilfelle er det endelig gunstig å føre den angjeldende strømtilførselsleder til platen gjennom hullegemets indre og å forbinde denne elektrisk på innsiden av hovedflaten som de aktive elementer står i kontakt med.
Ytterligere fordeler og enkeltheter ved komposittelektroden ifølge oppfinnelsen fremgår av den nedenstående beskrivelse av tegningene og forklaring av et spesielt utfø-relseseksempel.
Av tegningene viser
Fig. 1 en perspektivskisse avet utførelseseksempel
av den foreliggende komposittelektrode,
Fig. 2 et sideoppriss, delvis i snitt,av komposittelektroden ifølge oppfinnelsen og Fig. 3 et oppriss A og et snitt B - B i henhold til
Fig. 2.
Den foreliggende inerte elektrode, spesielt anode for smelteelektrolyse, består i det vesentlige av tre byggegrupper, nemlig en aktiv del som er betegnet med 10, en elektrodeholder som er betegnet med 30, og en anordning som er betegnet med 40 og som er beregnet for å forbinde de to først-nevnte byggegrupper med hverandre.
Den aktive del består av en rekke stavformige aktive elementer betegnet med 20. Disse er med deres lengdeakser som i montasjestillingen i cellen er vertikalt anordnet, parallelle ved siden av hverandre og anordnet i grupper 11, 12, 13 osv. som langs fluktelinjen 25 (Fig. 3) flukter med hverandre. De har et i det vesentlige kvadratisk henholdsvis rektangulært tverrsnitt som står loddrett på deres lengdeakse. De består av et elektrisk ledende og elektrokjemisk aktivt, oxydkera-misk materiale som vil bli nærmere beskrevet. De aktive elementer 20 har hvert et hodeavsnitt 21 som i sitt tverrsnitt loddrett på fluktelinjen for en gruppe og i retning av den tilsvarende frontflate 22 er utvidet ved hjelp av kileflater 23.
Elektrodeholderen 30 som i det vesentlige er plateformig utformet, har en, sett i montert stilling i elektrolysecellen, hovedflate 31 som er rettet nedad og til hvilken de aktive elementer 20 holdes mekanisk og i elektrisk kontakt ved hjelp av deres frontflater 22. Dette' oppnås ved hjelp av spennelementer 41 som utgjør en forbindelsesanordning 40. Disse spennelementer er i deres tverrsnitt som forløper parallelt til de aktive elementers 20 lengdeakse og loddrett i forhold
til fluktlinjen for en gruppe,! slik trapesformig utfor-
met at de to overfor hverandre liggende kileflater 42 står i anlegg med de likevinklet liggende kileflater 23 for to i to nabogrupper, f.eks. 12 og 13, overfor hverandre liggende aktive elementer 20 med tilsvarende forspenning. For dette formål er spennelementene 41 skrudd fast til den plateformige elektrodeholder 30 ved hjelp av skruer.
På grunn av spennelementene 41 holdes to nabogrupper 11, 12, 13 osv. av aktive elementer i en slik avstand fra hverandre at kanaler 50 dannes som på den beskrevne måte muliggjør sirkulasjon av elektrolytten henholdsvis av smeiten mellom de nedre avsnitt 26 av de aktive elementer 20 som er dykket ned i smeiten henholdsvis i elektrolytten, idet kanale-ne 50 også sikrer en rask vekkledning oppad av den ved elek-trolyseprosessen utviklede gass mellom gruppene av anordnede aktive elementer 20.
Den plateformige elektrodeholder 30 er utformet som hullegeme og består av en nedre horisontalplate 32, en øvre plate 33 som er parallell med den første plate, og i tillegg loddrette sidevegger 34. Hulrommet tjener til sirkulasjon av kjølevann i det innvendige rom 35 i elektrodeholderen 30. For dette formål er et kjølevannstilførselsrør 36 anordnet som på kantsiden munner ut i det innvendige rom 35. Kjølevannet sir-kulerer langs spiralformig forløpende ledervegger 37 gjennom den plateformige elektrodeholders 30 innvendige rom 35 og til dens sentrumsområde og derfra igjen i omkretsområdet fra hvilket det tilsvarende oppvarmede kjølevann fjernes via et kjøle-vannsutløpsrør 38.
Den plateformige elektrodeholder 30 er dessuten ut-styrt med flere strømtilførselsbolter 60 via hvilke den elektriske strøm tilføres til den plateformige elektrodeholder 30 og derfra overføres til elektrodeelementene 20. For å forbinde strømtilførselsboltene 60 med elektrodeholderens 30 nedre plate 33 er muffer 61 sveiset fast til den nedre plates 33 innvendige flate, og muffene har en innvendig gjenge som det nedre og med utvendig gjenge forsynte avsnitt av den tilsvarende strømtilførselsbolt 60 er skrudd sammen med. For å beskytte strømtilførselsbolten 60 mot korrosjon innen området for cellens innvendige rom er bolten omgitt av beskyttelses-seshylser 62 av korrosjonsbestandig materiale.
Mellom de aktive elementers 20 frontflater 22 og
den plateformige elektrodeholders flate 31 er et nett 39, f.eks. av kobber, ført inn for ytterligere å forbedre den elektriske kontakt mellom disse flater.
Den plateformige elektrodeholder 30 og spennelementene 41 såvel som deres strammeskruer 43 kan med fordel bestå av stål. De kan også bestå av nikkel eller av stål- henholdsvis nikkellegeringer.
Tildekningselementer anvendes for å beskytte disse byggedeler mot korrosjon. Tildekningselementene 44 som er anordnet på undersiden av spennelementene, er festet til spennelementene 41 for eksempel ved hjelp av en svalehaleføring.
De på siden anordnede tildekningselementer 45 kan være skrudd sammen med spennelementenes 41 frontsideender ved hjelp av skruer 46.
De aktive elementer 20 kan med fordel bestå av
dopet oxydkeramikk, f.eks. tinnoxyd, nikkelferrit eller yttriumoxyd.
Sammensetningen kan for eksempel være som følger:
94,1 atom% tinnoxyd
3,8 atom% kobber
2,1 atom% antimon
Ifølge en spesiell utførelsesform av anoden ifølge oppfinnelsen har den følgende dimensjonering for de stavformige aktive elementer vist seg å være gunstig:
Det øvre tverrsnitts sidelengde kan med fordel ligge mellom 2 og 6 cm. De aktive elementers lengde kan ligge mellom 15 cm og 40 cm. Den nevnte avstand mellom to grupper av aktive elementer kan ligge mellom 1 cm<p>g 2 cm. Kilevinkelen for hvert aktivt elements hodeavsnitt kan ligge mellom 5° og 25°.
Det beskrevne utførelseseksempel av anoden ifølge
oppfinnelsen ble anvendt i en elektrolyseprøvecelle med føl-
gende arbeidsparametere:
Claims (11)
1. Inert sammensatt elektrode, spesielt anode for smelteelektrolyse, bestående av en aktiv del (10) i form av en rekke stavformige aktive elementer (20), spesielt av oxyd-
keramikk, som er anordnet ved siden av hverandre med deres lengdeakser paralelle og i grupper (11, 12, 13 osv.) som flukter med hverandre, en elektrodeholder (30) som omfatter en strømledende plate med hvis ene hovedflate (31) de aktive elementer (20) står fastholdt i kontakt via deres frontflater (22), og en forbindelsesanordning (40) som forbinder de aktive elementer gruppevis med hverandre og holder de aktive elementer i kontakt med platen,karakterisert vedat hvert av de aktive elementer (20) på den mot platen vendte side har et hovedav-snitt (21) som i sitt tverrsnitt står loddrett på flukte- linjen (25) for en gruppe (f.eks. 11, 12 osv.) og i retning av frontflaten (22) som er vendt mot platen er i det vesentlige kileformig (23) utvidet, og at et spennelement (41) med en kileflate (42) befinner seg i anlegg med hver av de to overfor hverandre liggende kileflater (23) av det angjeldende aktive elements (22)hodeavsnitt (21), idet kileflaten (42) har en kilevinkel som i det vesentlige svarer til kilevinkelen for den angjeldende kileflate avhodeav-snittet.
2. Sammensatt elektrode ifølge krav 1,karakterisert vedat de aktive elementer (20) i én gruppe (f.eks. 11) står i anlegg med hverandre langs deres fluktelinje (25).
3. Sammensatt elektrode ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat den elektriske ledningsevne til de aktive elementers (20) materiale er høyere innen området for hodeavsnittet (21) enn innen det øvrige område.
4. Sammensatt elektrode ifølge krav 3,karakterisert vedat de aktive elementers (20) materiale innen området for hodeavsnittet (21) er en kermet som fortrinnsvis inneholder sølv.
5. Sammensatt elektrode ifølge krav 1-4,karakterisert vedat mellom den angjeldende hovedflate (31) av platen (30) og de aktive elementers (20)
tilsvarende frontflater (22) er et kontaktskikt (39) innført.
6. Sammensatt elektrode ifølge krav 5,karakterisert vedat kontaktskiktet består av et nett (39) av godt ledende metall, spesielt kobber.
7. Sammensatt elektrode ifølge krav 1-6,karakterisert vedat spennelementet (41) er utformet for festing av to overfor hverandre liggende aktive elementer (20) av to nabogrupper (f.eks. 11, 12) og for dette formål oppviser to overfor hverandre liggende kileflater (42) med i det vesentlige speilbildeaktig anordning.
8. Sammensatt elektrode ifølge krav 7,karakterisert vedat spennelementet (41) har et trapesformig tverrsnitt loddrett på fluktelinjen til gruppene av de aktive elementer.
9. Sammensatt elektrode ifølge krav 1-8,karakterisert vedat til hvert aktivt element (20) er to adskilte spennelementer (41) tilordnet idet lengden av et spennelement (41) i det vesentlige tilsvarer lengden av et aktivt element (20).
10. Sammensatt elektrode ifølge krav 1-8,karakterisert vedat for hver enkelt gruppe (f.eks. 11) av aktive elementer (20) er to gjennomgående spennelementer (41) anordnet idet lengden av et spennelement (41) i det vesentlige tilsvarer lengden til en gruppe (f.eks. 11) av aktive elementer (20).
11. Sammensatt elektrode ifølge krav 1-10,karakterisert vedat spennelementene (41) er festet til platen (30) ved hjelp av skruer (43). 1<2.>Sammensatt elektrode ifølge krav 1-11,karakterisert vedat spennelementene (41). fortrinnsvis innbefattende deres festemidler (43), er beskyt-tet mot cellens indre ved hjelp av tildekningselementer (44, 45) av korrosjonsbestandig materiale. 13. Sammensatt materiale ifølge krav 1 - 12,karakterisert vedat platen (30) er avkjølt. 14. Sammensatt elektrode ifølge krav 13,karakterisert vedat den omfatter en vannavkjø-ling.15. Sammensatt elektrode ifølge krav 14,karakterisert vedat platen (30) er utformet som et hullegeme i hvilket kanaler for kjølevannet er anordnet.16. Sammensatt elektrode ifølge krav 13-15,karakterisert vedat den omfatter minst én strøm-tilf ørselsledning (60) til platen idet strømtilførselslederen er ført gjennom hullegemets indre og er elektrisk forbundet med innersiden av hovedflaten (31) som elektrodeelementene (20) står i kontakt med.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19853537575 DE3537575A1 (de) | 1985-10-22 | 1985-10-22 | Inerte verbundelektrode, insbesondere anode fuer die schmelzflusselektrolyse |
Publications (4)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO864210D0 NO864210D0 (no) | 1986-10-21 |
NO864210L NO864210L (no) | 1987-04-23 |
NO168314B true NO168314B (no) | 1991-10-28 |
NO168314C NO168314C (no) | 1992-02-05 |
Family
ID=6284182
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO864210A NO168314C (no) | 1985-10-22 | 1986-10-21 | Inert, sammensatt elektrode, spesielt anode for smelteelektrolyse |
Country Status (10)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4840718A (no) |
EP (1) | EP0220557B1 (no) |
AT (1) | ATE43366T1 (no) |
BR (1) | BR8604998A (no) |
CA (1) | CA1299138C (no) |
DE (2) | DE3537575A1 (no) |
ES (1) | ES2003380A6 (no) |
HU (1) | HU203133B (no) |
NO (1) | NO168314C (no) |
ZA (1) | ZA867953B (no) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2860247B1 (fr) | 2003-09-30 | 2005-11-11 | Pechiney Aluminium | Dispositif et procede de raccordement d'anodes inertes destinees a la production d'aluminium par electrolyse ignee |
WO2018092103A1 (en) * | 2016-11-19 | 2018-05-24 | Jan Petrus Human | Electrodes for use in the electro-extraction of metals |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CH340346A (de) * | 1956-01-23 | 1959-08-15 | Aluminium Ind Ag | Elektrode für die kathodische Stromzuführung bei nach dem Dreischichtenverfahren arbeitenden Aluminiumraffinationszellen |
US3607713A (en) * | 1969-05-07 | 1971-09-21 | Quaker Oats Co | Anode for production of aluminum metal |
US3761385A (en) * | 1971-06-30 | 1973-09-25 | Hooker Chemical Corp | Electrode structure |
US3984304A (en) * | 1974-11-11 | 1976-10-05 | Ppg Industries, Inc. | Electrode unit |
EP0022921B1 (de) * | 1979-07-20 | 1983-10-26 | C. CONRADTY NÜRNBERG GmbH & Co. KG | Regenerierbare, formstabile Elektrode für Hochtemperaturanwendungen |
US4357226A (en) * | 1979-12-18 | 1982-11-02 | Swiss Aluminium Ltd. | Anode of dimensionally stable oxide-ceramic individual elements |
CH642402A5 (de) * | 1979-12-18 | 1984-04-13 | Alusuisse | Anode aus dimensionsstabilen oxidkeramischen einzelelementen. |
DE3071075D1 (en) * | 1980-10-27 | 1985-10-17 | Conradty Nuernberg | Electrode for igneous electrolysis |
US4462088A (en) * | 1981-11-03 | 1984-07-24 | International Business Machines Corporation | Array design using a four state cell for double density |
-
1985
- 1985-10-22 DE DE19853537575 patent/DE3537575A1/de active Granted
-
1986
- 1986-10-08 EP EP86113930A patent/EP0220557B1/de not_active Expired
- 1986-10-08 DE DE8686113930T patent/DE3663537D1/de not_active Expired
- 1986-10-08 AT AT86113930T patent/ATE43366T1/de not_active IP Right Cessation
- 1986-10-13 BR BR8604998A patent/BR8604998A/pt unknown
- 1986-10-16 ES ES8602626A patent/ES2003380A6/es not_active Expired
- 1986-10-20 ZA ZA867953A patent/ZA867953B/xx unknown
- 1986-10-21 HU HU864368A patent/HU203133B/hu unknown
- 1986-10-21 NO NO864210A patent/NO168314C/no unknown
- 1986-10-21 US US06/921,677 patent/US4840718A/en not_active Expired - Fee Related
- 1986-10-22 CA CA000521079A patent/CA1299138C/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3663537D1 (en) | 1989-06-29 |
DE3537575C2 (no) | 1988-09-15 |
NO864210L (no) | 1987-04-23 |
ZA867953B (en) | 1987-06-24 |
NO864210D0 (no) | 1986-10-21 |
HU203133B (en) | 1991-05-28 |
ES2003380A6 (es) | 1988-11-01 |
BR8604998A (pt) | 1987-07-14 |
NO168314C (no) | 1992-02-05 |
HUT44087A (en) | 1988-01-28 |
ATE43366T1 (de) | 1989-06-15 |
DE3537575A1 (de) | 1987-04-23 |
US4840718A (en) | 1989-06-20 |
CA1299138C (en) | 1992-04-21 |
EP0220557B1 (de) | 1989-05-24 |
EP0220557A1 (de) | 1987-05-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2101392C1 (ru) | Электролизер для получения алюминия электролизом, анодный блок электролизера, способ переналадки электролизера и способ получения алюминия электролизом | |
US4405433A (en) | Aluminum reduction cell electrode | |
RU2449058C2 (ru) | Электролизер для производства алюминия, содержащий средства для уменьшения падения напряжения | |
CA2787207C (en) | Electrolytic cell for producing primary aluminum by using inert anode | |
US11585003B2 (en) | Electrode configurations for electrolytic cells and related methods | |
SU1056912A3 (ru) | Катод алюминиевого электролизера | |
BRPI0509509B1 (pt) | elemento catódico para o equipamento de uma célula de eletrólise destinada à produção de alumínio e célula de eletrólise. | |
US4462886A (en) | Cathode for a fused salt electrolytic cell | |
NO155352B (no) | Anordning ved elektrolytisk aluminiumoksidreduksjonscelle. | |
JP2022016478A (ja) | ホール・エルーセルのカソード集電体/コネクタ | |
SU1419522A3 (ru) | Стальна токоподвод ща штанга алюминиевого электролизера | |
NO841630L (no) | Fremgangsmaate og celle for elektrolyse. | |
RU2245395C2 (ru) | Графитовый катод для электролиза алюминия | |
NO168314B (no) | Inert, sammensatt elektrode, spesielt anode for smelteelektrolyse | |
AU2014305612B2 (en) | Electrolytic cell intended for the production of aluminium and electrolytic smelter comprising this cell | |
NO178405B (no) | Elektrolytisk celle for fremstilling av et metall ved elektrolyse av en smeltet elektrolytt | |
NO332628B1 (no) | Aluminiumelektroutvinningsceller med oksygenutviklende anoder | |
US3679569A (en) | Welded joint | |
RU2282680C1 (ru) | Электролизер для производства алюминия | |
CA3216073A1 (en) | An electrode body of an electrode for the electrolytic production of a metal | |
WO2017168310A1 (en) | Cathode block with copper-aluminium insert for electrolytic cell suitable for the hall-héroult process | |
WO2019193451A1 (en) | Potshell for electrolytic cell to be used with the hall-héroult process | |
WO2019193436A1 (en) | Reinforced potshell design of an electrolytic cell suitable for the hall-héroult process | |
RU2630114C2 (ru) | Электролизер, в частности, для получения алюминия | |
NO790378L (no) | Anordning for absorbsjon av vertikale magnetiske feltlinjer i elektrolyseceller |