NO801986L - REDUCTION CELL FOR ALUMINUM OXYD, AND PROCEDURES IN THE PREPARATION OF THIS - Google Patents
REDUCTION CELL FOR ALUMINUM OXYD, AND PROCEDURES IN THE PREPARATION OF THISInfo
- Publication number
- NO801986L NO801986L NO801986A NO801986A NO801986L NO 801986 L NO801986 L NO 801986L NO 801986 A NO801986 A NO 801986A NO 801986 A NO801986 A NO 801986A NO 801986 L NO801986 L NO 801986L
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- cell
- titanium
- cathode
- electrolyte
- carbon
- Prior art date
Links
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 31
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 12
- QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N B#[Ti]#B Chemical compound B#[Ti]#B QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 229910033181 TiB2 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000001464 adherent effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 229910001610 cryolite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 34
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 19
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims description 16
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 claims description 8
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 6
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 5
- BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N Borate Chemical compound [O-]B([O-])[O-] BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 3
- 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 claims description 2
- FZQSLXQPHPOTHG-UHFFFAOYSA-N [K+].[K+].O1B([O-])OB2OB([O-])OB1O2 Chemical compound [K+].[K+].O1B([O-])OB2OB([O-])OB1O2 FZQSLXQPHPOTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract description 19
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 9
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract description 7
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 abstract description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 16
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 11
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 7
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000000399 optical microscopy Methods 0.000 description 5
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910021538 borax Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 235000010339 sodium tetraborate Nutrition 0.000 description 2
- 239000004328 sodium tetraborate Substances 0.000 description 2
- -1 zirconium carbides Chemical class 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N Sodium Chemical compound [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 150000001642 boronic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- UQGFMSUEHSUPRD-UHFFFAOYSA-N disodium;3,7-dioxido-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3,5,7-tetraborabicyclo[3.3.1]nonane Chemical compound [Na+].[Na+].O1B([O-])OB2OB([O-])OB1O2 UQGFMSUEHSUPRD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001026 inconel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 1
- 150000003609 titanium compounds Chemical class 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D3/00—Electroplating: Baths therefor
- C25D3/66—Electroplating: Baths therefor from melts
-
- 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
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)
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
Description
Foreliggende oppfinnelse vedrører en forbedret aluminiumoksydreduks jonscelle, fremgangsmåte ved'fremstilling av en slik celle, samt anvendelse av denne ved fremstilling av aluminium. The present invention relates to an improved aluminum oxide reduction ion cell, a method for the production of such a cell, as well as its use in the production of aluminium.
Aluminiummetall -fremstilles ved elektrolytisk reduksjon av aluminiumoksyd. Konvensjonelle aluminiumoksydreduksjonsceller 'omfatter en beholder med ildfast foring, ofte av karbon, og inneholder som smeltet elektrolytt aluminiumoksyd oppløst i smeltet kryolitt. Gulvet- eller bunnen i cellen eller karet er vanligvis fremstilt av' et karbonholdig mate- .'riale som ikke bare tjener for termisk isolasjon men også utgjør en del av katoden. Minst en anode er anordnet inne i karet avskilt fra katoden. Ved gjennomgang av en elektrisk strøm mellom anoden og katoden dannes aluminium ved elektrolytisk reduksjon av aluminiumoksydet. Det smeltede-aluminium er tyngre enn kryolittelektrolytten og oppsamles som en metalldamm i cellens bunn. Smeltet aluminium trekkes av fra cellen for å forhindre at det daiines en for dyp damm av smeltet aluminiummetall i bunnen av cellen. Det er åpen-, bart at smeltet aluminium i cellens gulv ikke kan tillates å komme i kontakt med anodene da ellers, kortslutning av cellen 'vil finne sted. Aluminum metal - produced by electrolytic reduction of aluminum oxide. Conventional alumina reduction cells 'comprise a container with a refractory lining, often of carbon, and contain as molten electrolyte alumina dissolved in molten cryolite. The floor or bottom of the cell or vessel is usually made of a carbonaceous material which not only serves for thermal insulation but also forms part of the cathode. At least one anode is arranged inside the vessel separated from the cathode. When an electric current is passed between the anode and the cathode, aluminum is formed by electrolytic reduction of the aluminum oxide. The molten aluminum is heavier than the cryolite electrolyte and collects as a metal pond at the bottom of the cell. Molten aluminum is withdrawn from the cell to prevent too deep a pool of molten aluminum metal from forming at the bottom of the cell. It is obvious that molten aluminum in the floor of the cell cannot be allowed to come into contact with the anodes, otherwise short-circuiting of the cell will take place.
Smeltet aluminium vil ikke lett fukte karbonholdige materi-aler. Dette kan lett vises ved å la en dråpe smeltet aluminium komme i kontakt med en ubehandlet overflate av et karbonholdig substrat hvorved aluminiumet vil danne en perle eller globul og vil ikke spre seg ut over overflaten av det karbonholdige substrat. Det faktum at smeltet aluminium ikke lett fukter eller sprer seg på gulvet i aluminiumoksydreduksjonscellen kan forårsake driftsproblemer. Jo dypere lag.et av smeltet aluminium er i bunnen av cellen desto større må avstanden mellom elektrodene være. Denne 'større avstanden mellom elektrodene nedsetter driftseffektiviteten av cellen og desto større vil dens kraftbehov være. Ytterligere hvis laget av smeltet aluminium dannet på et ubehandlet karbonholdig cellegulv. har en tilstrekkelig.tykkelse til at det oppstår termiske eller magnetiske strømninger i laget.vil dette bli noe ustabilt og lett komme i - turbulens,. slik at det kan oppstå bølger i laget og som kan komme i kontakt med en anode og kortslutte cellen. Dybden av det smeltede alumi-niumlag ved bunnen av cellen kan variere fra celle til celle men vil ..typisk ligge i området 3-8 cm. Molten aluminum will not easily wet carbonaceous materials. This can be easily demonstrated by allowing a drop of molten aluminum to come into contact with an untreated surface of a carbonaceous substrate whereby the aluminum will form a bead or globule and will not spread over the surface of the carbonaceous substrate. The fact that molten aluminum does not easily wet or spread on the floor of the alumina reduction cell can cause operational problems. The deeper the layer of molten aluminum is at the bottom of the cell, the greater the distance between the electrodes must be. This greater distance between the electrodes reduces the operating efficiency of the cell and the greater will be its power requirement. Further if the layer of molten aluminum formed on an untreated carbonaceous cell floor. has a sufficient thickness for thermal or magnetic currents to arise in the layer, this will become somewhat unstable and easily enter - turbulence. so that waves can arise in the layer and which can come into contact with an anode and short-circuit the cell. The depth of the molten aluminum layer at the bottom of the cell can vary from cell to cell, but will typically be in the range of 3-8 cm.
Det er foreslått, å modifisere gulvet for en aluminiumoksyd-'reduksjonscelle. Eksempelvis er det kjent at titan- og zirkonkarbider fuktes sterkt av smeltet aluminium og utviser god elektrisk ledningsevne og er lite oppløselige i smeltet aluminium.. It is proposed to modify the floor for an aluminum oxide reduction cell. For example, it is known that titanium and zirconium carbides are strongly wetted by molten aluminum and exhibit good electrical conductivity and are poorly soluble in molten aluminum.
I US patent nr. 3..471.380 er det beskrevet en fremgangsmåte for å.forbedre en aluminiumoksydreduksjonscelle ved å danne et belegg av et fordelaktig metallkarbid, særlig.av titan eller zirkon på overflaten av karbonkatoden i cellen.. Belegget fremstilles ved å. tilsette elektrolytten inne i cellen et tungtsmeltende metall eller forbindelser derav, slik at det ved driften av cellen dannes et belegg av karbid av metallet på karbonkatodens overflate. Imidlertid utgjør slike metallkarbider ikke noe ideelt belegg for karbonsub-strater i aluminiumoksydreduksjonscellen"fordi de lett kan ødelegges som følge av termisk sjokk... In US patent no. 3,471,380, a method is described for improving an alumina reduction cell by forming a coating of an advantageous metal carbide, particularly of titanium or zirconium on the surface of the carbon cathode in the cell. The coating is produced by adding the electrolyte inside the cell a low-melting metal or compounds thereof, so that during the operation of the cell a coating of carbide of the metal is formed on the surface of the carbon cathode. However, such metal carbides do not make an ideal coating for carbon substrates in the alumina reduction cell "because they can easily be destroyed by thermal shock...
I US Defensive Publication T993002. av 1. april 1980 er vist anordning av en titandiboridovérflate som skal være i kon-^takt med smeltet aluminium i bunnen av aluminiumreduks jo.ns-cellen. Titandiboridovérflaten er anordnet som ildfaste fliser festet til det karbonholdige substrat.. Det er angitt at flisene fuktes av smeltet aluminium og at de er kjemisk inerte under elektrolyseprosessens betingelser. Selv om titandiborid er mindre følsom for termisk sjokk enn titankarbid. og at en titandiboridovérf late ville gjøre det mulig å oppnå en betydelig energiinnsparing under driften av aluminiumoksydreduks j onsce.llen så er flisene foreslått i den nevnt.e Defensive Publication av betydelig tykkelse og repre- . senterer således en viss'sløsing med titandiborid som er et meget kostbart materiale. Det oppstår ytterligere problemer ved at det er nødvendig å feste flisene.til det karbonholdige substrat. Fremgangsmåten i henhold til den nevnte Defensive Publication er antatt å være så kostbar med hensyn til antall 'nødvendige fliser at den eventuelle fordel ikke vil oppveie ulempene som følge av omkostningene ved fremstilling og installering av flisene, i forhold-til det som kunne spares ved å nedsette energiforbruket ved'aluminiumoksydreduksjons-prosessen... In US Defensive Publication T993002. of 1 April 1980 shows the arrangement of a titanium diboride surface which is to be in contact with molten aluminum at the bottom of the aluminum reduction ion cell. The titanium diboride surface is arranged as refractory tiles attached to the carbonaceous substrate. It is stated that the tiles are wetted by molten aluminum and that they are chemically inert under the conditions of the electrolysis process. Although titanium diboride is less sensitive to thermal shock than titanium carbide. and that a titanium diborido verf late would make it possible to achieve a significant energy saving during the operation of the alumina reduction j onscell.llen then the tiles are proposed in the mentioned.e Defensive Publication of considerable thickness and repre-. thus centers a certain waste with titanium diboride, which is a very expensive material. Further problems arise in that it is necessary to attach the tiles to the carbonaceous substrate. The method according to the aforementioned Defensive Publication is believed to be so expensive with regard to the number of 'necessary tiles that the possible advantage will not outweigh the disadvantages resulting from the costs of manufacturing and installing the tiles, in relation to what could be saved by reduce energy consumption in the aluminum oxide reduction process...
I US patentene nr. 3.697.390 og 3.827.954 er vist dannelse av belegg av titan-, zirkonium- eller hafniumborider på-sub-strater ved elektroavsetning fra smeltede boratbad. Anodene som anvendes omfatter et metall av det ønskede borid eller boridene selv. I disse patenter nevnes ikke noe om avsetning av metalliske borbelegg på det karbonholdige substrat og katodene som er eksemplifisert er-alle metalliske og. er eksempelvis molybden, nikkel eller "Inconel". US patents no. 3,697,390 and 3,827,954 show the formation of coatings of titanium, zirconium or hafnium borides on substrates by electrodeposition from molten borate baths. The anodes used comprise a metal of the desired boride or the borides themselves. In these patents nothing is mentioned about the deposition of metallic boron coatings on the carbonaceous substrate and the cathodes which are exemplified are all metallic and. is, for example, molybdenum, nickel or "Inconel".
I offentlig tilgjengelig japansk søknad nr. 1974^-67.8'44 er •vist en fremgangsmåte for å belegge jernmetaller eller lege- ■ ringer derav med et titandiboridlag ved elektroplettering fra et smeltet bad av et boratsalt inneholdende oppløst titan. In publicly available Japanese application No. 1974^-67.8'44, a method for coating ferrous metals or alloys thereof with a titanium diboride layer by electroplating from a molten bath of a borate salt containing dissolved titanium is shown.
I denne søknad er det.angitt at for.å unngå at det dannes et titankarbidlag må metallet eller legeringskatoden som anvendes ha et karboninnhold mindre enn 0,1%. In this application, it is stated that in order to avoid the formation of a titanium carbide layer, the metal or alloy cathode used must have a carbon content of less than 0.1%.
Selv om det i teknikkens stand har vært anerkjent behovet for å tilveiebringe en aluminiumoksydreduksjonscelle med en katode eller med et katodebelegg som lett fuktes av smeltet aluminium og i denne forbindelse har foreslått titandiborid • så har 'det til nå vært antatt at. et lag av titandiborid ikke. kunne dannes på. et karbonholdig substrat ved elektroplettering uten dannelse av titankarbid. Det er nå overraskende funnet at et lag av titandiborid kan dannes på et karbonholdig substrat ved elektroplettering. Although the prior art has recognized the need to provide an alumina reduction cell with a cathode or with a cathode coating that is easily wetted by molten aluminum and has proposed titanium diboride in this connection, it has until now been believed that. a layer of titanium diboride does not. could be formed on. a carbonaceous substrate by electroplating without the formation of titanium carbide. It has now surprisingly been found that a layer of titanium diboride can be formed on a carbonaceous substrate by electroplating.
I henhold til oppfinnelsen er det følgelig tilveiebragt en aluminiumoksydreduksjonscelle■omfattende et kar forsynt med en ildfast foring og^minst en anode anordnet inne i karet og hvori minst en del av karets gulv tjener som katode, idet- 'katoden omfatter et karbonsubstrat med et vedheftende over-,flatelag av elektroplettert titandiborid. According to the invention, there is consequently provided an alumina reduction cell comprising a vessel provided with a refractory lining and at least one anode arranged inside the vessel and in which at least part of the vessel's floor serves as a cathode, the cathode comprising a carbon substrate with an adhesive surface layer of electroplated titanium diboride.
Aluminiumoksydreduksjonscellen ifølge oppfinnelsen kan frem-, stilles ved in situ elektroplettering. av et titandiboridlag på en karbonholdig katode i reduksjonscellen, eller ved eks-tern elektroplettering av et titandiboridlag på minst en overflate av karbonholdige blokker eller elementer hvoretter disse blokker eller elementer installeres i cellen for å tilveiebringe den belagte katodeoverflate. I det sistnevnte tilfellet vil de belagte blokker eller elementer plasseres i gulvet av cellen og festes til dette eksempelvis ved hjelp av bek.. The aluminum oxide reduction cell according to the invention can be produced by in situ electroplating. of a titanium diboride layer on a carbonaceous cathode in the reduction cell, or by external electroplating of a titanium diboride layer on at least one surface of carbonaceous blocks or elements after which these blocks or elements are installed in the cell to provide the coated cathode surface. In the latter case, the coated blocks or elements will be placed in the floor of the cell and attached to this, for example, by means of cement.
Et vedheftende overflatelag av titandiborid dannes i. henhold til oppfinnelsen enten på det karbonholdige cellegulv eller på karbonholdige blokker eller elementer ved elektroplettering fra en smeltet elektrolytt inneholdende en borkilde og som inneholder titan eller en titanforbindelse oppløst i elektrolytten. Det karbonholdige cellegulv eller blokkene eller elementene tjener som katode og et fast vedheftende overflatelag dannes derpå hvor det elektropletterte, titandiborid nøye følger overflatekonturene av elektroden. Anoden utgjøres fortrinnsvis av karbon da det er funnet at det .dannes elektropletterte belegg med bedre kvalitet på karbonanoder. Det er imidlertid mulig å anvende en forbrukbar titananode som oppløses anodisk for å tilveiebringe det nød-vendige titan i den smeltede elektrolytt. According to the invention, an adherent surface layer of titanium diboride is formed either on the carbonaceous cell floor or on carbonaceous blocks or elements by electroplating from a molten electrolyte containing a boron source and which contains titanium or a titanium compound dissolved in the electrolyte. The carbonaceous cell floor or blocks or elements serve as the cathode and a firmly adherent surface layer is formed thereon where the electroplated titanium diboride closely follows the surface contours of the electrode. The anode is preferably made of carbon as it has been found that electroplated coatings with better quality are formed on carbon anodes. However, it is possible to use a consumable titanium anode which dissolves anodically to provide the necessary titanium in the molten electrolyte.
Når det anvendes titananoder er det ikke nødvendig å oppløse en titankilde i den smeltede elektrolytt.. -Imidlertid hvis en titankilde skal oppløses i elektrolytten, eksempelvis når ■ det anvendes karbonanoder så'er det foretrukket å anvende titandioksyd eller et titanat som en slik kilde. Det er spesielt foretrukket å anvende en elektrolytt inneholdende • 2-10 vekt—% titandioksyd som kilde for titan. Den smeltede elektrolytt må inneholde en borkilde og det er foretrukket ,å.anvende et vannfritt bprat og spesielt foretrukket er det " . 'å anvende natriumtetraborat (borax) eller kaliumtetraborat. When titanium anodes are used, it is not necessary to dissolve a titanium source in the molten electrolyte. - However, if a titanium source is to be dissolved in the electrolyte, for example when ■ carbon anodes are used, then it is preferred to use titanium dioxide or a titanate as such a source. It is particularly preferred to use an electrolyte containing • 2-10% by weight of titanium dioxide as a source of titanium. The molten electrolyte must contain a source of boron and it is preferred to use an anhydrous electrolyte and it is particularly preferred to use sodium tetraborate (borax) or potassium tetraborate.
'Generelt bør den smeltede elektrolytt ha en tilstrekkelig I ledningsevne for å tilveiebringe et vedheftende elektro-'plettert titandiboridbelegg på karbonkatoden og være tilstrekkelig flytende til at elektrolytten.lett'kan fjernes fra elektrolysecellen. Når det elektropletterte titandiborid dannes in situ i en aluminiumoksydreduksjonscelle må elektrolytten fjernes og cellen renses.'. .Elektrolysebetingelsene for avsetning av titandiboridlaget er ikke spesielt kritiske, men det er funnet at for erhold-else av belegg med høy kvalitet bør den pålagte spenning ikke overstige 2V. En spenning over 2V fører til at det elektropletterte belegg blir pulveraktig og mindre vedheftende.. Foretrukne spenninger ligger i området 1,2-1,8 V. Strømtett-heten kan variere over et vidt. område og egnede verdier ér 5-100 mA/cm 2. Temperaturen bør åpenbart være en ved hvilken elektrolytten er smeltet og har den nødvendige ledningsevne. Egnede temperaturer ligger i området 900-1000°C; Om nødvend-ig kan et fluxmiddel settes til elekrolytten for å tilveiebringe en egnet driftstemperatur. Elektrolytten bør fortrinnsvis omrøres for å lette dannelse av belegg med god kvalitet og omr.øring kan passende tilveiebringes ved hjelp av en roterende anode. Elektolysetiden vil i stor grad være . avhengig av den ønskede tykkelse for titandiboridovérflate-laget. Forlenget elektrolyse, fornying av elektrolytten om nødvendig, vil føre til dannelse av et tykkere avsatt belegg. Om-ønsket kan påhverandrefølgende belegg bygges.opp ved å gjenta elektropletteringen. In general, the molten electrolyte should have sufficient conductivity to provide an adherent electroplated titanium diboride coating on the carbon cathode and be sufficiently fluid that the electrolyte can be easily removed from the electrolysis cell. When the electroplated titanium diboride is formed in situ in an alumina reduction cell, the electrolyte must be removed and the cell cleaned.' The electrolysis conditions for depositing the titanium diboride layer are not particularly critical, but it has been found that to obtain a high-quality coating, the applied voltage should not exceed 2V. A voltage above 2V causes the electroplated coating to become powdery and less adhesive. Preferred voltages are in the range 1.2-1.8 V. The current density can vary widely. range and suitable values are 5-100 mA/cm 2. The temperature should obviously be one at which the electrolyte is molten and has the necessary conductivity. Suitable temperatures are in the range 900-1000°C; If necessary, a flux agent can be added to the electrolyte to provide a suitable operating temperature. The electrolyte should preferably be agitated to facilitate the formation of good quality coatings and agitation can conveniently be provided by means of a rotating anode. The electrolysis time will largely be . depending on the desired thickness for the titanium diborido surface layer. Prolonged electrolysis, renewing the electrolyte if necessary, will lead to the formation of a thicker deposited coating. If desired, successive coatings can be built up by repeating the electroplating.
Titandiboridlaget kan elektropletteres direkte på en ubehandlet karbonholdig katode men et underlag av elektroplettert titankarbid kan påføres om ønskelig'. The titanium diboride layer can be electroplated directly onto an untreated carbonaceous cathode, but a substrate of electroplated titanium carbide can be applied if desired'.
Overflatelaget av titandiborid på den karbonholdige katode i aluminiumreduksjonscellen ifølge oppfinnelsen lar seg. ikke bare lett fukte av smeltet aluminium hvorved det oppnås de ovenfor nevnte fordeler,•men belegget nedsetter ytterligere The surface layer of titanium diboride on the carbonaceous cathode in the aluminum reduction cell according to the invention allows. not only easily moistened by molten aluminium, whereby the above-mentioned advantages are achieved,•but the coating reduces further
•penetrering av katoden av natriummetall, som kan dannes under aluminiumoksydreduksjonen. Når natrium penetrerer'en •penetration of the cathode by sodium metal, which may form during the alumina reduction. When sodium penetrates the
karbonholdig katode kan det forårsake nedbrytning av denne. carbon-containing cathode, it can cause its breakdown.
■Oppfinnelsen skal illustreres ved hjelp'av de følgende ekse-mpler. ■ The invention shall be illustrated by means of the following examples.
i ; , • ' in ; , • '
Eksempel.. 1Example.. 1
En elektrolytt bestående av 5 vekt-% Ti0'2. og 95 vekt-% . K^ BqO- j ble elektrolysert under anvendelse av grafittelektro-der. Anoden ble også anvendt som rører. Elektrolysen bl.e utført i 4 h ved 9 50°C ved en spenning på 1,3-1,_8_ V og med An electrolyte consisting of 5% by weight TiO'2. and 95% by weight. K^ BqO- j was electrolyzed using graphite electrodes. The anode was also used as a stirrer. The electrolysis was carried out for 4 h at 950°C at a voltage of 1.3-1.8_ V and with
2 2
en strømtetthet på 36-56 mA/cm a current density of 36-56 mA/cm
Etter elektrolysen ble gjenværende elektrolytt fjernet og katoden vasket med vann. Røntgenstråledifraksjon viste til-stedeværelse av titandiborid og optisk mikroskopi viste at dette var tilstede i form av et lag med en tykkelse på ca. 50 p. m. Fukteforsøk viste at det lett ble fuktet av smeltet aluminium. After the electrolysis, the remaining electrolyte was removed and the cathode was washed with water. X-ray diffraction showed the presence of titanium diboride and optical microscopy showed that this was present in the form of a layer with a thickness of approx. 50 p.m. Wetting tests showed that it was easily wetted by molten aluminium.
Eksempel 2Example 2
En elektrolytt inneholdende 5 vekt-% Ti02 og 95 vekt-% N^B^O^ ble elektrolysert under anvendelse av en karbonkat-ode og en grafittanode i 3,5 h ved 950°C": 'Ved en' spenning på 1,3 V og' med en strømtetthet på 60-100 mA/cm 2. Etter elektrolyse ble katoden vasket og renset for elektrolytt og røntgenstråledif raks jon og optisk mikroskopi viser tis.tede-værelsen av et vedheftende titandiboridlag. An electrolyte containing 5 wt% TiO2 and 95 wt% N^B^O^ was electrolyzed using a carbon cathode and a graphite anode for 3.5 h at 950°C": 'At a' voltage of 1, 3 V and' with a current density of 60-100 mA/cm 2 . After electrolysis, the cathode was washed and cleaned of electrolyte and X-ray diffraction and optical microscopy show the presence of an adherent titanium diboride layer.
E, ksempel 3E, example 3
Na2B^O^ble elektrolysert under anvendelse av en grafittkatode og eri roterende titananode i 5 h ved 9 50°C ved en spenning på 1,5.V og strømtetthet på 30 mA/cm 2. Etter elektrolysen ble katoden vasket ren for elektrolytt og røntgen-stråledif raks jon og optisk mikroskopi viste tilstedeværelsen av et vedheftende titandiboridlag. Na2B^O^ was electrolyzed using a graphite cathode and a rotating titanium anode for 5 h at 950°C at a voltage of 1.5V and a current density of 30 mA/cm 2. After the electrolysis, the cathode was washed clean of electrolyte and X-ray diffraction and optical microscopy showed the presence of an adherent titanium diboride layer.
Eksempel 4Example 4
En elektrolytt inneholdene 2 vekt-% Ti02og 98 vekt-% : J^B^O^ ble elektrolysert under anvendelse av en grafittkatode og en titananode i 5 h ved 950°C ved en spenning på 1,2 V og en strømtetthet på 5 mA/cm 2. Etter elektrolysen ble. gjenværende elektrolytt fjernet og røntgendifraksjon og optisk mikroskopi viste at grafittkatoden var belagt av et lag av titandiborid med en antatt tykkelse på 2.0 /im. An electrolyte containing 2 wt% TiO2 and 98 wt% :J^B^O^ was electrolyzed using a graphite cathode and a titanium anode for 5 h at 950°C at a voltage of 1.2 V and a current density of 5 mA /cm 2. After the electrolysis was. residual electrolyte removed and X-ray diffraction and optical microscopy showed that the graphite cathode was coated by a layer of titanium diboride with an assumed thickness of 2.0 µm.
Eksempel 5 K2B^O_, ble anvendt som elektrolytt med en grafittkatode og en titananode. Elektrolysen ble utført i 4,5 h ved 950°C ved Example 5 K2B^O_, was used as electrolyte with a graphite cathode and a titanium anode. The electrolysis was carried out for 4.5 h at 950°C at
2 2
1,5 V og en strømtetthet på 3 5 mÅ/cm . Etter elektrolysen ble gjenværende elektrolytt vasket av. Røntgenstråledifrak-sjon og optisk mikroskopi viste tilstedeværelsen av et lag av titandiborid på overflaten av grafittkatoden med en antatt tykkelse på 50 _um. 1.5 V and a current density of 3 5 mÅ/cm . After the electrolysis, the remaining electrolyte was washed off. X-ray diffraction and optical microscopy showed the presence of a layer of titanium diboride on the surface of the graphite cathode with an estimated thickness of 50 µm.
Claims (9)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB7922847 | 1979-07-02 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO801986L true NO801986L (en) | 1981-01-05 |
Family
ID=10506221
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO801986A NO801986L (en) | 1979-07-02 | 1980-07-01 | REDUCTION CELL FOR ALUMINUM OXYD, AND PROCEDURES IN THE PREPARATION OF THIS |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0021850B1 (en) |
| JP (1) | JPS569384A (en) |
| AT (1) | ATE4331T1 (en) |
| AU (1) | AU530394B2 (en) |
| CA (1) | CA1172991A (en) |
| DE (1) | DE3064396D1 (en) |
| GR (1) | GR67190B (en) |
| NO (1) | NO801986L (en) |
| NZ (1) | NZ194195A (en) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2500488B1 (en) * | 1981-02-24 | 1985-07-12 | Pechiney Aluminium | PROCESS FOR PRODUCING ALUMINUM ACCORDING TO THE HALL-HEROULT TECHNIQUE AND CATHODE IN ELECTRICALLY CONDUCTIVE REFRACTORY FOR IMPLEMENTING THE PROCESS |
| WO1983000338A1 (en) * | 1981-07-27 | 1983-02-03 | Martin Marietta Corp | Refractory hard material-carbon fiber cathode coatings for aluminum reduction cells |
| DE3375409D1 (en) * | 1982-05-10 | 1988-02-25 | Eltech Systems Corp | Aluminum wettable materials |
| US4560448A (en) * | 1982-05-10 | 1985-12-24 | Eltech Systems Corporation | Aluminum wettable materials for aluminum production |
| US5227045A (en) * | 1989-01-09 | 1993-07-13 | Townsend Douglas W | Supersaturation coating of cathode substrate |
| US5028301A (en) * | 1989-01-09 | 1991-07-02 | Townsend Douglas W | Supersaturation plating of aluminum wettable cathode coatings during aluminum smelting in drained cathode cells |
| US5961811A (en) * | 1997-10-02 | 1999-10-05 | Emec Consultants | Potlining to enhance cell performance in aluminum production |
| US6616829B2 (en) | 2001-04-13 | 2003-09-09 | Emec Consultants | Carbonaceous cathode with enhanced wettability for aluminum production |
| CN102373488A (en) * | 2011-10-26 | 2012-03-14 | 中国铝业股份有限公司 | Method for reducing cathode drop of aluminium cell |
| RU2558703C2 (en) * | 2013-10-08 | 2015-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" НГТУ | Method of pouring ladle lining manufacturing |
| CN109695044B (en) * | 2018-12-18 | 2020-10-09 | 广西师范大学 | TiB with uniform and compact structure2Layered titanium-based cathode material and method for producing same |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3827954A (en) * | 1969-04-14 | 1974-08-06 | Us Interior | Electrodeposition of metallic boride coatings |
| US3661736A (en) * | 1969-05-07 | 1972-05-09 | Olin Mathieson | Refractory hard metal composite cathode aluminum reduction cell |
| DE2305281A1 (en) * | 1972-02-04 | 1973-08-09 | Borax Cons Ltd | ELECTRODE FOR MELT FLOW ELECTROLYSIS AND METHOD OF PRODUCING IT |
| CH576005A5 (en) * | 1972-03-21 | 1976-05-31 | Alusuisse | |
| US3775271A (en) * | 1972-12-18 | 1973-11-27 | Interior | Electrolytic preparation of titanium and zirconium diborides using a molten, sodium salt electrolyte |
| US4093524A (en) * | 1976-12-10 | 1978-06-06 | Kaiser Aluminum & Chemical Corporation | Bonding of refractory hard metal |
-
1980
- 1980-06-30 NZ NZ194195A patent/NZ194195A/en unknown
- 1980-06-30 CA CA000355116A patent/CA1172991A/en not_active Expired
- 1980-07-01 AU AU59791/80A patent/AU530394B2/en not_active Ceased
- 1980-07-01 EP EP80302219A patent/EP0021850B1/en not_active Expired
- 1980-07-01 GR GR62335A patent/GR67190B/el unknown
- 1980-07-01 AT AT80302219T patent/ATE4331T1/en not_active IP Right Cessation
- 1980-07-01 JP JP9048480A patent/JPS569384A/en active Granted
- 1980-07-01 NO NO801986A patent/NO801986L/en unknown
- 1980-07-01 DE DE8080302219T patent/DE3064396D1/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0021850A1 (en) | 1981-01-07 |
| JPS569384A (en) | 1981-01-30 |
| AU5979180A (en) | 1981-01-15 |
| JPS6343475B2 (en) | 1988-08-30 |
| DE3064396D1 (en) | 1983-09-01 |
| GR67190B (en) | 1981-06-24 |
| AU530394B2 (en) | 1983-07-14 |
| EP0021850B1 (en) | 1983-07-27 |
| CA1172991A (en) | 1984-08-21 |
| ATE4331T1 (en) | 1983-08-15 |
| NZ194195A (en) | 1982-03-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0114085B1 (en) | Molten salt electrowinning method, anode and manufacture thereof | |
| US4960494A (en) | Ceramic/metal composite material | |
| JPS6036687A (en) | Electrolytic cell and electrolysis | |
| JPS6411718B2 (en) | ||
| US6719889B2 (en) | Cathode for aluminum producing electrolytic cell | |
| NO801986L (en) | REDUCTION CELL FOR ALUMINUM OXYD, AND PROCEDURES IN THE PREPARATION OF THIS | |
| JP5522484B2 (en) | Electrolytic plating anode and electrolytic plating method using the anode | |
| Wendt et al. | Cathodic deposition of refractory intermetallic compounds from flinak-melts—I. Voltammetric investigation of Ti, Zr, B, TiB2 and ZrB2 | |
| RU2006119476A (en) | METHOD FOR ELECTROLYTIC PRODUCTION OF ALUMINUM | |
| CN101768760B (en) | TiB2-TiB/Ti gradient composite porous cathode material for aluminum electrolysis and preparation method thereof | |
| CN109695044B (en) | TiB with uniform and compact structure2Layered titanium-based cathode material and method for producing same | |
| US3697390A (en) | Electrodeposition of metallic boride coatings | |
| RU2299278C2 (en) | Wettable coating on aluminum cell hearth applying method | |
| US4483752A (en) | Valve metal electrodeposition onto graphite | |
| RU2775044C1 (en) | Electrolytic method for obtaining coatings and products from niobium doped with tantalum | |
| US6537438B2 (en) | Method for protecting electrodes during electrolysis cell start-up | |
| RU2716726C1 (en) | Method of applying protective coating on electrolytic cell cathodes for aluminum production | |
| RU2747058C1 (en) | Method for electrochemical precipitation of niobium coatings from bromide melts | |
| Schlain et al. | Electrodeposition of titanium diboride coatings | |
| KR20070031411A (en) | Chromium Plating Method | |
| NO146678B (en) | PROCEDURE FOR ELECTROLYTIC DISPOSAL OF A REMOVABLE METAL LAYER ON A STARTING CATODO PAPER, AND ELECTROLYCLE CELL FOR EXECUTION OF THE PROCEDURE | |
| EP0007239B1 (en) | Insoluble electrode comprising an electrodepositated ruthenium-iridium alloy | |
| CA1178920A (en) | Composite electrode for electrolytic processes | |
| Polyakova et al. | The study of electrode processes in LiF–NaF–KF–K2TaF7–KBF4 melt | |
| CN108642536A (en) | The method of electrodeposit metals zinc in using 1,2- dichloroethanes as the ionic liquid of additive |