NO175375B - Fremgangsmåte for fremstilling av bindemiddel for karbonmasser - Google Patents

Abstract

Et bindemiddel for carbonmasser med nedsatt avbrann erholdes ved tilsetning av ca. 0,1 vekt% B0til bindemiddelutgangsmaterialet av en stenkulltjæredestiliasjonsrest. Inhibitorens virkning sammenlignet med tilsetning til det ferdige bindemiddel får derved en ca. tre gangers økning.

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for fremstilling av et bindemiddel med forbedrede egenskaper, på basis av steinkulltjære, for karbonmasser.

Karbonmasser for fremstilling av karbonformlegemer som anoder, elektroder og foringer, består av en blanding av fast karbon, som antrasitt, bekkoks, petroleumskoks, sot, osv., og et karbo- eller petroavledet bituminøst bindemiddel. Fortrinnsvis inneholder massene petroleumskoks og steinkulltjærebek. De blir overveiende anvendt for fremstilling av for-brente eller selvkalsinerende (Soderberg-)anoder for aluminiumelektrolyse. Forbruket av anodemateriale er som følge av bireaksjonene (oksidasjon) og anodenedbrytningen (avskalling) høyere enn hva som ville være nødvendig for reduksjonen av aluminiumoksidet.

Det er kjent at visse forurensninger i koksen og i bindemidlet, som natrium-, kalsium- og vanadiumforbindelser, påskynder oksidasjonen og at tilsetninger av bor- eller fosforforbindelser oppviser hemmende virkninger (Light Metals, 1982, s. 713-725).

I US patentskrift 4188279 foreslås det å fremstille karbonformlegemer av karbonmasser med 15-35 vekt% bindemiddel

og 0,1-3 vekt% borforbindelser henholdsvis 0,5-5 vekt% fosforforbindelser som oksidasjonsinhibitor..Derved blir inhibitoren tilsatt til den homogeniserte blanding eller innblandet i bin-demiddelkomponenten før tilsetningen av karbonkomponenten.

Det er likeledes mulig samtidig å tilsette alle tre komponenter og å homogenisere, som beskrevet i eksemplet.' Av-brannen blir derved redusert med 15% ved tilsetning av 8 vekt% borsyre, basert på steinkulltjærebek-bindemidlet.

Det har nå vist seg at tilsetningen av borsyre i de angitte mengder fører til dannelse av VB og TB som krystal-liseres ut i aluminiumsmelten og ved den videre bearbeidelse av aluminiumet til folier fører til hulldannelse i foliene.

Fosforforbindelser, som P205, er likeledes mindre egnede inhibitorer da de reduserer strømutbyttet ved den elek-trolytiske prosess.

Det var derfor en oppgave å redusere mengden av in-hibitorene i bindemidlet henholdsvis i karbonmassene under

samtidig forbedring av deres virksomhet.

Oppgaven blir løst ifølge oppfinnelsen ved hjelp av en fremgangsmåte for fremstilling av et bindemiddel for karbonmasser på basis av steinkulltjære med tilsetninger av borforbindelser som oksidasjonsinhibitor, og fremgangsmåten er særpreget ved at en slik mengde boroksid tilsettes bindemiddelgrunnsubstansen at innholdet i det ferdige bindemiddel ikke overstiger 0,3 vekt%, og at bindemiddelgrunnsubstansen derpå bearbeides videre til bindemidlet på vanlig måte.

Som bindemiddelgrunnsubstans blir avtoppet steinkulltjære eller destillasjonsrester av denne tjære med et lavere mykningspunkt enn bindemidlet anvendt. Etter tilsetning av boroksidet (B203) blir grunnsubstansen opparbeidet til det ønskede bindemiddel i ett eller flere trinn ved vakuum-eller/og bærergassdestillasjon.

Det foretrekkes å anvende et steinkulltjærebek som grunnsubstans, slik<*> at opparbeidelsen i ett trinn, for eksempel i en røreverksretorte eller i en tynnsjiktsfordamper, kan utføres under skånsomme betingelser.

For ikke å redusere bindemidlets lagringsbestandighet bør destillasjonen utføres ved sumptemperaturer på under 380°C. Dette gjelder spesielt for fremstilling av bindemidler for Soderberg-masser. I det siste destillasjonstrinn bør den maksimale sumptemperatur ikke ligge under 350°C da en optimal homogenisering ellers ikke vil kunne oppnås.

Boroksidinnholdet i bindemidlet ligger innen området fra 0,03 til 0,3 vekt%, fortrinnsvis ved ca. 0,1 vekt%. Innen dette område utøver tilsetningen av B203 ingen negativ inn-virkning på bindemidlets fuktningsoppførsel eller på bek/koks-blandingers forkoksningsegenskaper.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet ved hjelp av eksempel 1 og sammenligningseksemplene 2 og 3.

Eksempel 1

1000 vektdeler av et steinkulltjærenormalbek som er karakterisert ved de i Tabell 1 oppførte analyseverdier, ble smeltet under inertgass, oppvarmet til 180°C og deretter blandet med 1 vektdel B203 i 2 timer under omrøring. Derpå ble blandingen destillert i en røreverksretorte under et trykk av

100 mbar inntil en sumptemperatur på 360°C. Et bindemiddel med de i Tabell 2 oppførte analysedata ble da oppnådd med et ut-bytte på 92%. 22 vektdeler av dette bindemiddel blandes med 78 vektdeler petroleumskoks med definert granulometri og presses til formlegemer. Formlegemene som er blitt brent ved 960°C, oksideres ved 960°C i en C02-strøm for å måle C02-reak-tiviteten.

C02-reaktiviteten er et mål på anodeforbruket ved aluminiumelektrolyse. Den samlede avbrann er sammensatt av den direkte avbrann og av støvdannelsen, idet den sistnevnte også er avhengig av petroleumskoksens granulometri. Dessuten ble densiteten, den spesifikke elektriske motstand og bøynings-fastheten for prøvelegemene bestemt. Resultatene er gjengitt i Tabell 3.

Eksempel 2 ( Sammenligning)

Eksempel 2 svarer til Eksempel 1, men boroksidet ble imidlertid tilsatt til det til 200°C avkjølte bindemiddel først etter destillasjonen. Bindemiddelutbyttet ble derved ikke forandret. Bindemidlets egenskaper er gjengitt i Tabell 2, og måleresultatene for prøvelegemene er gjengitt i Tabell 3.

Eksempel 3 ( Sammenligning)

Eksempel 3 svarer til Eksempel 2, men uten B203-tilsetning. Analyseverdiene for bindemidlet er gjengitt i Tabell 2, og undersøkelsesresultatene for prøvelegemene er gjengitt i Tabell 3.

Det fremgår av Tabellene 2 og 3 at tilsetningen av boroksidet før eller etter destillasjonen hverken bevirker en forandring av analysedataene for bindemidlet eller en forandring av de elektriske eller mekaniske egenskaper til derav fremstilte prøvelegemer innenfor målenøyaktigheten. I motset-ning hertil fremgår det at C02-reaktiviteten er tydelig avhen-

gig av B203-tilsetningen.

Således minsker den samlede avbrann med ca. 7 vekt% ved en B203-tilsetning etter destillasjonen og med ca. 22 vekt% ved tilsetning ifølge oppfinnelsen før destillasjonen. Såvel den direkte avbrann som støvdannelsen viser lignende resul-tater.

Det er dermed blitt påvist at ved hjelp av den fore-liggende tilsetning av boroksid til bindemiddelgrunnsubstansen istedenfor, som kjent fra teknikkens stand, til det ferdige bindemiddel eller til karbonmassen, kan dets hemmende virkning økes flere ganger. Det er derved mulig med lave inhibitor-mengder som er tolererbare for aluminiumindustrien, å senke anode forbruket betyde1ig.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av et bindemiddel for karbonmasser på basis av steinkulltjære med tilsetninger av borforbindelser som oksidasjonsinhibitor, karakterisert ved at en slik mengde boroksid tilsettes bindemiddelgrunnsubstansen at innholdet i det ferdige bindemiddel ikke overstiger 0,3 vekt%, og at bindemiddelgrunnsubstansen derpå bearbeides videre til bindemidlet på vanlig måte.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at en destillasjonsrest fra steinkulltjæren, spesielt et steinkulltjærenormalbek, an-vendes som grunnsubstans.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at boroksidet tilsettes i en slik mengde at det ferdige bindemiddel inneholder 0,03-0,3 vekt%, fortrinnsvis ca. 0,1 vekt%, boroksid.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1-3, karakterisert ved at boroksidet blandes med den flytende grunnsubstans og at blandingen bearbeides videre til karbonbindemidlet ved vakuum- eller/og bærergassdestillasjon i ett eller flere trinn.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at den maksimale sumptemperatur ved det siste destillasjonstrinn ligger i området fra 350 til 380°C.