NO844540L - Anode-innretning for saltsmelte-elektrolyse - Google Patents
Anode-innretning for saltsmelte-elektrolyseInfo
- Publication number
- NO844540L NO844540L NO844540A NO844540A NO844540L NO 844540 L NO844540 L NO 844540L NO 844540 A NO844540 A NO 844540A NO 844540 A NO844540 A NO 844540A NO 844540 L NO844540 L NO 844540L
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- anode
- connecting piece
- cermet
- cell
- temperature
- Prior art date
Links
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 title claims description 9
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 title claims description 5
- 239000011195 cermet Substances 0.000 claims description 38
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 29
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 29
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 11
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 5
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 5
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 2
- 229910001289 Manganese-zinc ferrite Inorganic materials 0.000 claims 1
- JIYIUPFAJUGHNL-UHFFFAOYSA-N [O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[Mn++].[Mn++].[Mn++].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Zn++].[Zn++] Chemical compound [O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[Mn++].[Mn++].[Mn++].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Fe+3].[Zn++].[Zn++] JIYIUPFAJUGHNL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims 1
- 238000000462 isostatic pressing Methods 0.000 claims 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 6
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 4
- 229910001610 cryolite Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K Aluminium flouride Chemical compound F[Al](F)F KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 2
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000570 Cupronickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001053 Nickel-zinc ferrite Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 241001062472 Stokellia anisodon Species 0.000 description 1
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001634 calcium fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N copper nickel Chemical compound [Ni].[Cu] YOCUPQPZWBBYIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000007580 dry-mixing Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000002006 petroleum coke Substances 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 1
- 229910052566 spinel group Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- QHGNHLZPVBIIPX-UHFFFAOYSA-N tin(ii) oxide Chemical class [Sn]=O QHGNHLZPVBIIPX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000001238 wet grinding Methods 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 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
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)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
Description
ANODE- INNRETNING FOR SALTSMEETE- ELEKTROLYSE
OPPFINNELSENS BAKGRUNN
Aluminium produseres i Hall-Heroult-celler ved elektrolyse av aluminiumoksyd i smeltet kryolitt under anvendelse av ledende karbonelektroder. Under reaksjonen forbrukes karbonanoden med en hastighet på ca. 450 kg/mT av aluminium produsert under den samlede reaksjon
De problemer som forårsakes av forbruket av anodekarbonet gjelder kostnaden for den anode som forbrukes i reaksjonen ovenfor og forurensningene som innføres i smeiten fra karbonkilden. Den petrolkoks som anvendes i anodene har i alminnelighet be-tydelige mengder av forurensninger, først og fremst svovel, silisium, vanadium, titan, jern og nikkel. Svovel oksyderes til sine oksyder, hvilket spesielt forårsaker plagsom forurensning på arbeidsplassen og i omgivelsene. Metallene, spesielt vanadium, er uønsket som forurensninger i det produserte aluminiummetall. Fjerning av større mengder av forurensningene krever ekstra og kostbare trinn når aluminium av høy renhet skal produseres.
Hvis intet karbon forbrukes ved reduksjonen, ville den samlede reaksjon være 2A120^► 4A1 + lO^ r og det produserte oksygen kunne teoretisk utvinnes, men viktigere er det at intet karbon forbrukes ved anoden og at ingen forurensning av atmos-færen eller produktet ville inntreffe fra forurensningene i koksen.
Det er tidligere blitt gjort forsøk på å anvende ikke-konsumerbare anoder med tilsynelatende lite hell. Metaller vil enten smelte ved driftstemperaturen eller angripes av oksygen eller av kryolittbadet...Keramiske forbindelser så som oksyder med perovskitt- og spinell-krystallstruktur har vanligvis for høy elektrisk motstand eller angripes av kryolittbadet.
Et av de problemer som oppstår ved utvikling av ledende keramiske anoder har vært forårsaket av vanskeligheten med å lage en holdbar elektrisk forbindelse mellom anoden og strømlederen. Tidligere anstrengelser på dette området har produsert forbindel-sesstykker, først og fremst av metaller så som sølv, kobber og rustfritt stål.
Can, U.S. patent 3 681 506 beskriver en elastisk metallpakning
som holdes på plass slik at den danner en elektrisk forbindelse. Davies, U.S. patent 3 893 821 beskriver et kontaktmateriale inneholdende Ag, La, SrCr03og CdO. Douglas et al., U.S. patent 3 922 236 beskriver et kontaktmateriale inneholdende Ag, Cu,
La og SrCr03- Fletcher, U.S. patent 3 990 860 beskriver cermet-materialer inneholdende rustfritt stål eller Mo i en matriks av Cr203og Al203- Shida el al., U.S. patent 4 141 727 beskriver kontakter av Ag, Bi203, Sn02 og Sn. Schirnig et al., U.S. patent 4 247 381 beskriver en elektrode som kan anvendes for A1C13~elektrolyse omfattende et grafittrør, en metallisk leder med et smeltepunkt under badtemperaturen og et beskyttende keramisk rør som omgir førstnevnte. BRD-patent 1 244 343, U.S. S.N.
729 621 beskriver borider eller karbider av Ti, Zr, Ta eller Nb støpt til Al under anvendelse av en fluks av Li3AlFg, Na^lF^
og NaCl. Alder, U.S. patent 4 357 226 beskriver en anodeinnretning for en Hall-celle omfattende individuelle enheter som holdes sammen mekanisk av et klemme-arrangement.
Det har vært flere utviklingslinjer vedrørende ikke-konsumerbare anoder, med keramiske materialer så som tinnoksyd-forbindelser, spineller, perovskitter og forskjellige cermet'er som hovedmaterialer under studium. En cermet er et kompositt-materiale inneholdende både metall- og keramiske faser. Alle disse trenger en metode for forbindelse til strømlederen.
RESYMÉ AV OPPFINNELSEN
Vår oppfinnelse er en elektrodeinnretning til bruk ved saltsmelte-elektrolyse, spesielt anvendbar for fremstilling av aluminium i Hell-Heroult reduksjonsceller. Innretningen av en ikke-konsumerbar anode, som er elektrisk forbundet med en strøm-kilde, eksempelvis anodestigeskinnen, ved en cermet-stump. Anoden kan være mekanisk understøttet av cermet-stumpen eller alternativt av mekaniske opphengningsskinner festet til det indre eller ytre av anoden. Anoden er fortrinnsvis et ledende keramisk materiale, men kan også være et cermet-materiale.
I ett tilfelle er anoden understøttet av mekaniske opphengningsskinner som griper inn i spalter i den indre vegg av anoden. Spaltene er vanligvis dannet i anoden før brenning. Plassering av spaltene og opphengningsskinnene i det indre av anoden gir skinnene større beskyttelse mot korroderende fluorid-damper enn festing til det ytre av anoden. Dessuten er anode-pakking mer effektiv med en indre understøttelse.
Da de fleste keramiske oksyder og cermet'er med lavt metallinnhold har steile negative temperatur-motstand-kurver, d.v.s. at de elektriske motstander er høyere ved omgivelses-temperatur enn ved driftstemperatur, blir forbindelsen til strøm-lederen fortrinnsvis utført i et høytemperatur-område for å unn-gå store ohmske tap i anoden. Metaller, med unntagelse av kostbare edelmetaller, korroderes ved denne høye temperatur og er derfor mindre ønskelige som kandidater for forbindelses-stykker.
Vår oppfinnelse er en anode produsert ved en forbedret fremgangsmåte med et cermet-stump-forbindelsesstykke. Cermet'er har i alminnelighet god elektrisk ledningsevne over et bredt temperaturområde, idet de består av metaller med god ledningsevne ved omgivelses- og lavere temperaturer og av keramiske materialer som, når de velges og produseres med omhu, kan ha god ledningsevne ved høyere temperaturer. Typisk oppviser cermet'er med _> 30 volum% metallinnhold ledningsevner opp mot metallf asens, under bibeholdelse av høy korrosjonsresistens, forutsatt at cermet-legemet er ugjennomtrengelig, d.v.s. inneholder mindre enn ca. 8 volum% porøsitet. Cermet'er med 15-50 volum% metall kan være anvendbare som anode-f orbindelsesstykker, med _>30volum% som det foretrukne.
For anvendelse i en Hall-Heroult-celle må en cermet ha
god ledningsevne over et vidt temperaturområde, god oksydasjons-stabilitet og høy korrosjonsresistens, spesielt mot fluorid-damper. Ved anvendelse som et forbindelsesstykke bør cermet'en ha bedre ledningevne ved driftstemperaturen enn anoden. Metall-metalloksyd-kombinasjoner er ønskelige for anvendelse med oksyd-baserte anodematerialer for lengre tids kompatibilitet mellom forbindelsesstykket og anoden ved celle-temperaturen. Cermet'er med en keramisk ikke-oksyd-fase kan også anvendes forutsatt at det oksyd som dannes på overflaten av cermet'en under drift ved høy temperatur er tilstrekkelig elektrisk ledende. Et beskyttende hylster kan plasseres over cermet-forbindelsesstykket for opp-nåelse av ytterligere beskyttelse mot fluorid-damper.
Cermet'ene fremstilles hensiktsmessig ved blanding av det keramiske pulver med et metall. En cermet-anode eller -forbindelsesstykket kan dannes ved formning av pulverblandingen av metall og keramisk materiale ved ca. 5 - 30 x 10 7 Pa, kalsinering av den formede del ved ca. 800 - 1100°C, maskinering av delen til den endelige fasong og sintring av den maskinerte del ved en temperatur over ca. 1100°C slik at det dannes en fysisk sterk del med lav porøsitet, 8 volum% eller lavere, hvor god elektrisk ledningsevne over et vidt temperaturområde.
Forbindelsesstykket kan sammenføyes med elektroden ved en gjenget forbindelse eller ved andre utførelser som gir en virksom fysisk og elektrisk kontakt.
DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN
Cermet'er omfattende Ni og MnZn-ferritt inneholdende 16 -
40 volum% Ni-metall ble fremstilt. MnZn-ferritt-pulveret som ble anvendt ved denne undersøkelse, ble fremstilt ved konvensjonell våtmaling av MnCo^, ZnO og Fe203. De tørkede pulvere ble kalsinert i luft ved 1000°C i to timer, hvilket gav et endelig materiale tilsvarende 52 mol% Fe203, 25 mol% MnO og 23 mol% ZnO. Cermet-materialene ble blandet ved tørrblanding av MnZn-ferritt-pulver med nikkelpulver av størrelse 40 ym (minus 325 mesh).
Prøver ble deretter presset isostatisk og sintret i vakuum eller nitrogen i 2 - 24 timer ved 1225°C for fremstilling av en tett partikkel med lav porøsitet. Undersøkelse av mikrostrukturene avslørte én nikkelmetallfase og tre keramiske faser bestående av blandede ferritter eller faste oppløsninger av Mn-ferritt, Ni-ferritt og Zn-ferritt. Røntgendiffraksjonslinjene stemte meget godt overens med linjene for nikkel-sink-ferritt, med noen u-identifiserbare sterke linjer.
Komponenter for en anode-forbindelsesstykke-innretning
ble konstruert under anvendelse av MnZn-ferritt for anoden og en 16/84 volum% Ni/MnZn-ferritt for cermet-forbindelsesstykket. Komponentene ble formet ved 69 til 138 x 10 Pa (10 til 20 psi x 10<3>), kalsinert i to timer i vakuum ved 800 - 1100°C, fortrinnsvis 1025°C, maskinert og deretter sintret i to timer i vakuum ved 1225°C. Det målte svinn ved overgangen fra det kal-
sinerte til det sintrede stadium var som følger:
Vi har funnet at ved kalsinering av delene ved en intermediær temperatur, eksempelvis 1025°C, kan delene lett maskineres uten brekkasje og har regulerbart svinn under sintringstrinnet ved den høyere temperatur. Alternativt kan akseptabel maskiner-barhet oppnås i den "grønne" tilstand ved isostatisk formning ved langt høyere trykk, eksempelvis 28 x 10 7 Pa (40 x 10J "3 psi).
EKSEMPEL 1
En 3,5 cm (1 3/8'') diam. MnZn-ferritt-anode og en 1,9 cm (3/4'') 16/84 vol.% Ni/MnZn-ferritt cermet-tapp ble formet ved henholdsvis 138 x 10<6>Pa (20 x 10<3>psi) og 69 x 10<6>Pa (10 x 10<3>psi) for å minimalisere forskjeller i svinn, som vist ovenfor. Den kalsinerte anode ble maskin-gjenget med 4,3 gjenger pr. cm (11 pr. tomme), og den kalsinerte cermet-tapp ble gjenget med 4,5 gjenger pr. cm (11,5 pr. tomme). De sintrede stykker hadde til slutt ca. 5,1 gjenger pr. cm (13 per tomme). Komponentenes densiteter var >_ 95% av teoretisk. Den elektriske motstand for MnZn-ferritten og cermet-materialene ble målt til henholdsvis 0,09 ohm-cm og 0,03 ohm-cm ved 9 50QC i luft.
Tappen ble gjenget inn i anoden og den elektriske og mekaniske stabilitet av forbindelsen og den samlede innretning testet ved elektrolyse av innretningen i 24 timer ved 968°C i en Hall-elektrolytt bestående av 81% kryolitt, 5% A1F3, 7% CaF2og 7% Al2°3på vektbasis. En elektrolysestrøm på 15,3 A gjennom cermet-forbindelsesstykket gav en strømtetthet på 1,0 A/cm^ ved enden av anoden og 5,4 A/cm 2 i cermet-tappen. Cellespenningen var stabil gjennom hele testen, en indikasjon på høy sammenføy-ningsstabilitet og prøven var intakt da den ble fjernet fra cellen.
EKSEMPEL 2
Den elektriske kontaktmotstand for en anode/forbindelsesstykke- innretning omfattende en 16/84 volum% Ni/MnZn-ferritt cermet-tapp gjenget inn i en keramisk MnZn-ferritt-anode ble målt ved 950°C i luft. Fremgangsmåten var som følger: To sylin-driske MnZn-ferritt-prøver, hver 5,08 cm lang x 4,45 cm i diameter, ble fremstilt for målingen, den ene i kompakt form for anvendelse som en standard (indre kontakt motstand 0) og den andre utboret og gjenget for opptak av en 1,9 cm diameter gjenget cermet-tapp. Cermet-tappen ble gjenget inn i det keramiske stykket i flukt med overflaten av dette, slik at både testprøven og standard-prøven hadde de samme ytre dimensjoner. Platina-kontakter ble brent til endene av prøvene; platina-ledere i en 4-sonde-konfigurasjon ble anvendt for de elektriske forbindelser.
Strøm-spenning-profilen for hver prøve ble målt over strøm-styrke-området 0-10 ampere, tilsvarende en strømtetthet på 0-3,5 ampere/cm<2>i en cermet-tapp på 0 - 0,7 ampere/cm<2>i det keramiske materialet. Profilene er vist på fig. 1. Med det be-skrevne måleskjemaet er kontaktmotstanden i den gjengede forbindelse ved en gitt strømstyrke lik motstanden i den gjengede testprøve minus motstanden i standard-prøven. Ved 0,1 - 0,2
ampere var motstanden i forbindelsen 0,090 ohm, mens motstanden ved 10 ampere var 0,065 ohm.
Disse verdier er høyere enn ønskelig for kommersiell anvendelse. Lavere motstand i forbindelsen kan oppnås ved (1) om-hyggelig tilpasning av gjengestørrelsen, gjengestigningen etc.
eller (2) gjennom anvendelse av en grenseflate-metallkontakt.
I det sistnevnte tilfellet bør metallet ha et smeltepunkt som er høyere enn Hall-celle-driftstemperaturen, som typisk er 950 - 96 0°C. Metallkontakten er beskyttet mot de korrosive virkninger av cellemiljøet ved hjelp av den gjengede forbindelse. Tykkelsen av metallkontakten bør begrenses slik at spenninger indusert av forskjellig varmeutvidelse unngås. Dette kan eksempelvis oppnås ved plettering av cermet-forbindelsesstykket eller ved at en liten mengde metall plasseres i den gjengede anodes hulrom før cermet-tappen monteres ved forhøyet temperatur. Etter montering ved en temperatur tilstrekkelig over celle-driftstemperaturen til å smelte metallkontakten presses det smeltede metall langs gjengene i forbindelsesstykket og danner, etter kjøling, en fast tilstands-forbindelse med stort kontaktareal. Kobber-nikkel-legeringer er blitt funnet anvendbare for dette formål.
EKSEMPEL 3
Cermet-prøver inneholdende 16, 25 og 40 volum% Ni og resten MnZn-ferritt ble fremstilt for karakterisering av den elektriske motstand. Målingene ble utført over temperaturområdet 25 - 950°C under anvendelse av platinasonder og kontakter i et 4-terminal-arrangement. En grafisk fremstilling av logmotstand som funksjon av resiprok temperatur for cermefene er vist på fig. 2. Målingene ble utført i luft. Det vil ses av figurene at materialene inneholdende 16 og 25 volum% Ni har negative temperaturkoeffisienter, karakteristisk for halvledende oksyder, mens cermet'en med 4 0
volum% Ni har en positiv temperaturkoeffisient, hvilket indikerer metallisk oppførsel. Den indre stabilitet av alle tre cermet'er ved 9 50°C i luft ble demonstrert ved at motstandene holdt seg kon-stante i tidsrom _> 40 timer. Den cermet som inneholdt 40 volum%
Ni har en motstand ved 950° på 5 x 10~<4>ohm cm, 1/10 av motstanden
i anodekarbon ved den samme temperatur. En polert prøve av denne cermet ble undersøkt med elektronmikroskop og observert å være meget tett og å ha et utstrakt indre metall-nettverk som ligger til grunn for de metalliske elektriske egenskaper. Dette materialet viser den laveste motstand for anvendelse som et cermet-forbindelsesstykke .
BESKRIVELSE AV TEGNINGENE
Fig. 1 viser strømstyrke-spenning-profiler fra anoden/ forbindelsesstykket-innretningen ifølge eksempel 2 (kurve A) og for en fast MnZn-ferritt-prøve (kurve B) over området 0-10
ampere.
Fig. 2 er en grafisk fremstilling av logmotstand som
funksjon av resiprok temperatur for (A) 16 volum%, (B) 25 volum%
og (C) 40 volum% Ni/MnZn-ferritt cermet'er ifølge eksempel 3.
Fig. 3 illustrerer en utførelsesform av anoden i bruk i
en Hall-celle under anvendelse av et gjenget forbindelsesstykke. Anodelegemet 10 holdes på plass av et gjenget elektrisk forbindelsesstykke 12, som eventuelt kan ha den gjengede del 14
fuktet med et metall 15 med et smeltepunkt over celledrifts-temperaturen. Anoden nedsenkes i Hall-elektrolytten 16 gjennom celle-krusten 18, med smeltet Al-bad 17.
Fig. 4 illustrerer en annen utførelsesform av oppfinnelsen hvor anodelegemet 20 holdes på plass av en mekanisk opphengning-skinne 22. I dette tilfellet er cermet-forbindelsesstykket først og fremst en strømleder med anoden mekanisk opphengt i opphengnings-skinnen. Forbindelsene mellom den mekaniske opphengning og kon-struksjonen og mellom anode-forbindelsesstykket og strømkilden er konvensjonelle. Strømfordelingen i anoden forbedres av det skrån-ende området som er vist ved det nedre anodehulrom.
Claims (18)
1. Ved en elektrolysecelle for saltsmelteelektrolyse, hvor anoden er valgt fra gruppen bestående av cermet'er og keramiske materialer, forbedringen omfattende et cermet-forbindelsesstykke for nevnte anode, hvilket har en lavere spesifikk elektrisk motstand ved cellens driftstemperatur enn anodens spesifikke elektriske motstand.
2. Forbindelsesstykket ifølge krav 1, forbundet med anoden ved en gjenget forbindelse.
3. Forbindelsesstykket ifølge krav 1, forbundet med anoden ved en forbindelse hvori et lag av ledende metall er anordnet mellom nevnte forbindelsesstykke og nevnte anode i nevnte forbindelse.
4. Forbindelsesstykket ifølge krav 1, mekanisk understøttende anoden på plass.
5. Forbindelsesstykket ifølge krav 1, fremstilt av nikkelmetall og MnZn-ferritt.
6. Forbindelsesstykket ifølge krav 1, fremstilt ved den prosess å forme en cermet, kalsinere nevnte cermet, maskinere nevnte cermet og sintre nevnte cermet.
7. Forbindelsesstykket ifølge krav 1, omfattende fra 15 til 50 volum% metall og fra 50 til 85 volum% keramisk fase.
8. Forbindelsesstykket ifølge krav 1, omfattende fra 15 til 50 voluml nikkelmetall og fra 50 til 85 volum% mangan-sink-ferritt.
9. Anodeinnretning i en celle for elektrolyse av smeltede salter, omfattende en anode og et forbindelsesstykke fra nevnte anode til en strømkilde, hvilken anode i det minste delvis er i kontakt med elektrolytten i nevnte celle og er forbundet til nevnte forbindelsesstykke i et område av høy temperatur når nevnte celle er i drift.
10. Anodeinnretning ifølge krav 9, hvori forbindelsesstykket er forbundet med anoden ved en gjenget forbindelse.
11. Anodeinnretning ifølge krav 9, hvori anoden er mekanisk understøttet av forbindelsesstykket.
12. Anodeinnretning ifølge krav 9, hvori et lag av ledende me-
Ci
tall er anordnet mellom anoden og forbindelsesstykket.
13. Anodeinnretning ifølge krav 9, hvori anoden er mekanisk understøttet av understøttelsesmidler separat fra det elektriske forbindelsesstykket.
14. Anodeinnretning ifølge krav 9, hvori anoden er understøttet av mekaniske understøttelsesmidler i inngrep med den indre over-flate av nevnte anode.
15. Anodeinnretning ifølge krav 9, hvori mekaniske understøt-telsesmidler er i inngrep med en eller flere motsvarende furer i nevnte anode.
16. Anode og forbindelsesstykket ifølge krav 9, fremstilt ved den prosess å forme artiklene ved pressing, kalsinere ved en intermediær temperatur, kjøle, maskinere,og sintre ved en høyere temperatur.
17. Forbindelsesstykket ifølge krav 9, fremstilt ved den prosess å forme en blanding av fra 15 til 40 volum% Ni-metall og fra 60 til 85 volum% MnZn-ferritt ved isostatisk pressing ved et trykk fra 6 9 til 138 x 10 Pa under dannelse av nevnte forbindelsesstykke , kalsinering av nevnte forbindelsesstykke ved en temperatur fra 800 til 1100°C, kjøling av nevnte forbindelsesstykke , maskinering av nevnte forbindelsesstykke og sintring av nevnte forbindelsesstykke ved en temperatur over ca. 1100°C for fremstilling av nevnte forbindelsesstykke med høyst 8 voluml porøsitet.
18. Hall-Heroult-celle for fremstilling av aluminium ved elektrolyse omfattende en elektrisk ledende ikke-konsumérbar anode forbundet med en strømkilde gjennom et cermet-forbindelsesstykke hvori forbindelsen er laget i et område av høy temperatur når nevnte celle er i drift.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/475,951 US4443314A (en) | 1983-03-16 | 1983-03-16 | Anode assembly for molten salt electrolysis |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NO844540L true NO844540L (no) | 1984-11-14 |
Family
ID=23889866
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NO844540A NO844540L (no) | 1983-03-16 | 1984-11-14 | Anode-innretning for saltsmelte-elektrolyse |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4443314A (no) |
| EP (1) | EP0139699A1 (no) |
| JP (1) | JPS60500773A (no) |
| BR (1) | BR8406444A (no) |
| NO (1) | NO844540L (no) |
| WO (1) | WO1984003721A1 (no) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4626333A (en) * | 1986-01-28 | 1986-12-02 | Great Lakes Carbon Corporation | Anode assembly for molten salt electrolysis |
| FR2605146B1 (fr) * | 1986-09-25 | 1988-12-02 | Alcatel Thomson Faisceaux | Filtre a bande ajustable |
| US20040038805A1 (en) * | 2002-08-21 | 2004-02-26 | Meissner David G. | Cast cermet anode for metal oxide electrolytic reduction |
| WO2013033536A1 (en) * | 2011-09-01 | 2013-03-07 | Metal Oxygen Separation Technologies, Inc | Conductor of high electrical current at high temperature in oxygen and liquid metal environment |
| CN104451776B (zh) * | 2013-09-13 | 2017-02-01 | 湖南创元铝业有限公司 | 阳极伸腿消化剂及其使用方法 |
| AU2016218531B2 (en) * | 2015-02-13 | 2020-06-11 | Norsk Hydro Asa | An anode for use in an electrolysis process for production of aluminium in cells of hall-heroult type, and a method for making same |
| WO2016189571A1 (en) * | 2015-05-26 | 2016-12-01 | Tdk Corporation | An assembly body and electrode for electrolysis |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3330756A (en) * | 1951-05-04 | 1967-07-11 | British Aluminum Company Ltd | Current conducting elements |
| ES203316A1 (es) * | 1951-05-04 | 1952-07-01 | British Aluminium Co Ltd | UNA CELDA ELECTROLiTICA DE REDUCCIoN PARA LA PRODUCCIoN DE ALUMINIO |
| US3328280A (en) * | 1964-04-07 | 1967-06-27 | Reynolds Metals Co | Electrically conductive cermet compositions |
| US3676079A (en) * | 1966-03-28 | 1972-07-11 | Research Corp | Pressure calcintering |
| JPS5541815Y2 (no) * | 1975-02-18 | 1980-09-30 | ||
| GB1574007A (en) * | 1975-12-24 | 1980-09-03 | Johnson Matthey Co Ltd | Cermets |
| US4155757A (en) * | 1976-03-09 | 1979-05-22 | Thorn Electrical Industries Limited | Electric lamps and components and materials therefor |
| SU606901A1 (ru) * | 1976-11-01 | 1978-05-15 | Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт алюминиевой, магниевой и электродной промышленности | Обожженный анод электролизера дл получени алюмини |
| US4357226A (en) * | 1979-12-18 | 1982-11-02 | Swiss Aluminium Ltd. | Anode of dimensionally stable oxide-ceramic individual elements |
| GB2069529A (en) * | 1980-01-17 | 1981-08-26 | Diamond Shamrock Corp | Cermet anode for electrowinning metals from fused salts |
-
1983
- 1983-03-16 US US06/475,951 patent/US4443314A/en not_active Expired - Fee Related
-
1984
- 1984-03-01 WO PCT/US1984/000327 patent/WO1984003721A1/en not_active Application Discontinuation
- 1984-03-01 EP EP84901470A patent/EP0139699A1/en not_active Withdrawn
- 1984-03-01 JP JP59501392A patent/JPS60500773A/ja active Pending
- 1984-03-01 BR BR8406444A patent/BR8406444A/pt unknown
- 1984-11-14 NO NO844540A patent/NO844540L/no unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BR8406444A (pt) | 1985-03-12 |
| WO1984003721A1 (en) | 1984-09-27 |
| EP0139699A1 (en) | 1985-05-08 |
| JPS60500773A (ja) | 1985-05-23 |
| US4443314A (en) | 1984-04-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0306102B1 (en) | Molten salt electrolysis with non-consumable anode | |
| US4374761A (en) | Inert electrode formulations | |
| US4399008A (en) | Composition for inert electrodes | |
| US4374050A (en) | Inert electrode compositions | |
| US4455211A (en) | Composition suitable for inert electrode | |
| US4529494A (en) | Bipolar electrode for Hall-Heroult electrolysis | |
| US4584172A (en) | Method of making composition suitable for use as inert electrode having good electrical conductivity and mechanical properties | |
| US4478693A (en) | Inert electrode compositions | |
| US4468300A (en) | Nonconsumable electrode assembly and use thereof for the electrolytic production of metals and silicon | |
| US20020056650A1 (en) | Electrolytic production of high purity aluminum using ceramic inert anodes | |
| US6077415A (en) | Multi-layer non-carbon metal-based anodes for aluminum production cells and method | |
| US4472258A (en) | Anode for molten salt electrolysis | |
| US4098651A (en) | Continuous measurement of electrolyte parameters in a cell for the electrolysis of a molten charge | |
| US6248227B1 (en) | Slow consumable non-carbon metal-based anodes for aluminium production cells | |
| NO844540L (no) | Anode-innretning for saltsmelte-elektrolyse | |
| NO842531L (no) | Cermet-elektrodemateriale | |
| US4495049A (en) | Anode for molten salt electrolysis | |
| US4626333A (en) | Anode assembly for molten salt electrolysis | |
| CA1147292A (en) | Sintered ceramic electrode containing oxides of tin and germanium | |
| US4541912A (en) | Cermet electrode assembly | |
| US7033469B2 (en) | Stable inert anodes including an oxide of nickel, iron and aluminum | |
| GB2088902A (en) | Metal Composition for Inert Electrode | |
| CN115786986A (zh) | 一种NiFeCoCrAl高熵合金表面制备有抗氧化耐腐蚀氧化膜的惰性阳极 | |
| Haarberg et al. | Tin Oxide and Nickel Ferrite Anodic Behavior in Molten Chlorides | |
| May | The behaviour of semiconducting rutile as the current collector in a sodium-sulphur cell |