NO179048B - Beskyttelseskrage til beskyttelse av anode-strömföringselementer fra elektrolyseceller for aluminiumsfremstilling - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en beskyttelseskrage for beskyttelse av anode-strømtilførselselementer som inngår i elektrolyseceller for aluminiumfremstilling, hvor det eller de med anoden, fortrinnsvis en karbonanode, forbundne strømtil-førselselement(er), for eksempel strømtilførselstapper, omkring overgangs- henholdsvis forbindelsesstedet/-stedene til anoden (hver) er omgitt av en masse av petroleumskoks og et bindemiddel i form av et bek.

Slike beskyttelseskrager er allerede kjent (CH-PS 625.560, DE-AS 2.547.061). De tjener til å beskytte strømtilførsels-elementene til de egentlige anoder, som overveiende består av elektrodekull (anodekull) henholdsvis blokkanoder, overfor elektrolyttbadet. Da strømtilførselselementene mange ganger består av stål, oppstår det ved neddykkingen av slike strømtilførselselementer i elektrolyttbadet en oppløsning av stålet, hvorved det for det første skjer en reduksjon av aluminiumets renhet ved aluminiumfremstillingen, og for det andre en reduksjon av anodenes bruks- eller levetid i elektrolysecellen, hvor aluminiumet frembringes gjennom elektro-lyse av aluminiumoksyd i en kryolittsmelte. Den kjente be-skyttelsesmantel av denne art oppviser steinkulltjærebek som bindemiddel for petroleumskoksen i massen som omgir overgangsstedet for strømtilførselselementet til anoden, og steinkulltjærebekets mykningstemperatur ligger på ca. 113° C, har en forkoksingsverdi (ifølge Conradson) på ca. 56% likesom en tetthet på over 1,3 g/ml. Det har imidlertid vist seg at slike beskyttelseskrager, særlig ved anbringelsen av strømtilførselstappene på anodekullene, frigir benzo(a)pyr-er, hvorved omgivelsene forurenses, samtidig som de repre-senterer en betydelig helserisiko for de personer som omgås anodene.

For å bøte på slike miljøbelastende anlegg kan det installeres filter- og lignende renseanlegg, men dette fører til store investeringskostnader, fremfor alt fordi slike filter i regelen også må være utformet eksplosjonssikkert. Til tross for de høye kostander må imidlertid filter- og lignende anlegg rengjøres, hvilket fører til nye problemer.

Til grunn for oppfinnelsen ligger den oppgave med enkle mid-ler å forbedre en beskyttelseskrage av den innledningsvis angitte art i så henseende at den, til tross for at den kan fremstilles enkelt og til gunstig pris, forårsaker færre helsefarer og derfor overflødiggjør installasjon av spesielle renseanlegg. Beskyttelseskragen skal dessuten sikre lang levetid for anodene i elektrolysecellen.

Oppfinnelsen består i at massens bindemiddel består av petroleumbek, og at massen er omgitt av en metallring. Det foretrekkes et petroleumsbek med følgende verdier:

Et slikt brunsvart petroleumsbek omsettes for eksempel av firmaet Rutgerswerke AG i Duisburg under varemerket "WR-Harz 95 D"; det danner en blanding av ulike termopolymeri-sater og er uforsåpbart likesom oppløselig i aromater og klor-hydrokarboner. Det inneholder ved siden av poly-kumaron-inden også polystyrol, polycyklopentadien og poly-olefin (polyalken).

Det er i og for seg kjent (US-PS 4.086.156, DE-OS 2.308.971, 2.243.490) å anvende petroleumsbek som bindemiddel, særlig i blanding med steinkulltjærebek, for fremstilling av selve elektrodene og ikke deres beskyttelseskrage. På grunn av sprekkdannelse blir det imidlertid frarådet å anvende slike elektroder, medmindre det er truffet spesielle tiltak.

Ved anvendelsen av det ovenfor angitte bindemiddel har det imidlertid vist seg at oppgaven for oppfinnelsen kan løses på en spesielt fordelaktig måte dersom massens bindemiddel-andel utgjør mellom 32 og 45%. Derved bør 40 - 70% av petroleumskoksen bestå av fine korn med en kornstørrelse på inntil ca. 0,3 mm, mens resten av petroleumskoksen i det vesentlige består av grove korn med en kornstørrelse mellom ca. 0,5 og 5 mm.

Det har vist seg at beskyttelseskragen ifølge oppfinnelsen ikke bare som følge av sin enkle fremstilling er bedre enn den tidligere kjente beskyttelseskrage, hvor det som bindemiddel er benyttet steinkulltjærebek, men at den fremfor alt har en betydelig mindre miljøbelastende effekt: Således blir benzo(a)pyr-belastningen ikke bare betraktelig underskredet ved en utløsningsterskel på 2000 ng/m<3> , men det blir også over tid med sikkerhet overholdt en forventet TRK-verdi på 2000 ng/m<3> . Som følge av dette må det ikke installeres noen renseanlegg, og tilsyn til slike overflødiggjøres. Det er også overraskende at den nye beskyttelseskrage gir en bedre hefting såvel til anodeoverflåtene som til overflaten på strømtilførselselementene, særlig stål. Til og med overfor bitumen er petroleumsbeket betydelig mer fordelaktig som

bindemiddel.

Det er spesielt fordelaktig som bindemiddel å anvende et petroleumsbek med en mykningstemperatur mellom 110 og 120° C, en tetthet mellom 1,10 og 1,25 g/cm<3> , samt en forkoks-ningsverdi mellom 35 og 50%.

Et utførelseseksempel av oppfinnelsen forklares nærmere under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et sideriss, delvis i tverrsnitt, av en anode forsynt med et strømtilførselselement, slik den blir benyttet ved aluminiumfremstilling i elektrolyseceller; Fig. 2 viser samme gjenstand som fig. 1 i et senere prosess-trinn, når en større del av karbonanoden i elektrolyttbadet allerede er forbrukt og anodens overflate er overdekket av en del av elektrolyttbadet; og Fig. 3 viser et delsnittriss fra fig. 1 og 2 i området for overgangsstedet mellom strømtilførselselementet og anoden.

Ifølge fig. 1 er som anode 1 en såkalt "blokkanode", som består av elektrodekoks som fortrinnsvis er sammenbundet med steinkulltjærebek, forbundet slik med et strømtilførsels-element at de fra åket 2 av strømtilførselselementet, som består av stål, fremskytende tapper 3 er forsenket i utspar-ringer i anodens 1 overside og forankret der ved hjelp av stampemasse eller støpejern.

Dessuten er overgangs- henholdsvis forbindelsesområdet mellom tappene 3 og anoden 1 i ringform omgitt med en masse 6, som består av petroleumskoks og et bindemiddel. Beskyttelseskragen er komplettert gjennom en aluminiumsring 5 som omslutter massen 6. I tillegg er yttersidene av anodekullets henholdsvis blokkanodens 1 aluminiumsring 5 påsprøytet et aluminiumssj ikt.

Mens det i begynnelsen av elektrolyseprosessen bare er den nedre del av anoden 1 som er neddykket i elektrolysebadet, blir blokkanoden 1 ved tiltagende avbrenning av denne senket stadig dypere ned i elektrolyttbadet, inntil - ifølge fig. 2 - også oversiden lb av anoden 1 oversvømmes av elektrolyttbadet 8. Ved at elektrolyttbadet 8 som følge av anbringelsen av beskyttelseskragen, som dannes av massen 6 og aluminiumsringen 5, forhindres adkomst til strømtilførsels-elementets ståldeler, kan stålet ikke spaltes henholdsvis løses opp, hvilket ville ført til for tidlig bortfall av restanoden. Anbringelsen av beskyttelseskragen tillater derfor en forlengelse av anodens leve- eller brukstid i elektrolysecellen, og gjør derved aluminiumsfremstillingen billigere.

I fig. 3 er det vist at massen 6 på den ene side består av grove korn 6a og på den annen side av fine korn 6b av petroleumskoks, som holdes sammen ved hjelp av petroleumsbek som bindemiddel 6c. De grove korn 6a oppviser en gjennom-snittlig kornstørrelse på mellom 1 og 3 mm,' mens de fine korn var siktet gjennom en sil som holdt tilbake korn på 0,3 mm og større. De fine korns 6b andel utgjør 4 0 - 70% av petroleumskoksen, mens resten av samme består av grove korn 6a, slik at den totale andel av fine korn 6b og grove korn 6a, det vil si i petroleumskoksen, i massen 6 utgjør mellom 55 og 75%, og andelen av petroleumsbek som bindemiddel 6c utgjør mellom 25 og 45%, især mellom 30 og 42%. Ved omtrent 32% kan det ikke bare oppnås de beste resultater med hensyn til reduksjon av helsefaren, men også med hensyn til den me-kaniske fasthet.

Utgangsmaterialet blir ved 130-200°C blandet i 20 til 25 minutter og formet til blokker eller granulert i en kjøle-trommel. De formede blokker blir lagret og alt etter behov finfordelt til 3 - 12 mm i et knuseanlegg og fylt i sekker eller lagret i en silo. Ved behov kan imidlertid petroleumskoksen også blandes med bindemidlet på anvendelsesstedet og anvendes til fremstilling av beskyttelseskragen. Derved blir først aluminiumsringen 5 anbrakt i smale ringformede spalter rundt det angjeldende overgangssted på anodens 1 overflate lb, hvoretter massen 6 fylles i mellomrommet mellom aluminiumsringen 5 og strømtilførselselementets tapp 3. Etter ifyllingen tildekkes overflaten av massen 6, for at den ikke skal hvirvles opp av sprøytestrålen ved besprøyt-ingen av anoden 1, iberegnet den særlig av aluminium be-stående ring 5, med flytende aluminium. Tildekkingen for-hindrer også inntrengning av aluminiumoksyd fra elektrolysecellen. Tildekkingen skjer fortrinnsvis gjennom sintring av massen ved ca. 600°C, hvorved overflaten overtrekkes med en tett sinterhud 6d, hvilket har vist seg særdeles fordelaktig.

Claims (7)

1. Beskyttelseskrage til beskyttelse av anode-strømtilfør-selselementer (2, 3) som inngår i elektrolyseceller for aluminiumsfremstilling, hvor det eller de med anoden (1), fortrinnsvis en karbonanode, forbundne strømtilførsels-element(er), for eksempel strømtilførselstapper (3), omkring overgangs- henholdsvis forbindelsesstedet/-stedene til anoden (hver) er omgitt av en masse (6) av petroleumskoks og et bindemiddel (6c) i form av et bek, karakterisert ved at massens (6) bindemiddel (6c) består av petroleumsbek, og at massen (6) er omgitt av en metallring (5).

2. Beskyttelseskrage ifølge krav 1, karakterisert ved at petroleumskoksandelen utgjør 55 - 75 vekt% av den masse (6) som er dannet av petroleumskoksen og bindemidlet (6c).

3. Beskyttelseskrage ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at bindemidlets (6c) andel av massen (6) utgjør mellom 32 og 45 vekt%.

4. Beskyttelseskrage ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at petroleumskoksen består av 40 - 70 vekt% fine korn (6b) med en kornstørrelse på inntil 0, 3 mm,og for øvrig i det vesentlige består av grove korn (6a) med en kornstørrelse på mellom 0,5 og 5 mm.

5. Beskyttelseskrage ifølge krav 1, karakterisert ved at metallringen (5) består av aluminium.

6. Beskyttelseskrage ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at massens (6) bindemiddel (6c) i form av petroleumsbek har en mykningstemperatur på mellom 110 og 120°C, en tetthet på mellom 1,10 og 1,25 g/cm<3 >og en forkoksingsverdi på mellom 35 og 50%.

7. Beskyttelseskrage ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at massen på overflaten er overtrukket med en sinterhud (6d).