NO873508L - Elektrisk ledende sement for anvendelse i elektrolyseceller. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører sementer anvendt for strømkollektor- stavkarbonblokkskjøter i elektrolyseceller hvori det anvendes smeltede saltelektrolytter, eksempelvis de som anvendes ved fremstilling av aluminium.

Aluminium blir konvensjonelt fremstilt ved reduksjon av aluminiumoksyd i en "Hall-Heroult" elektrolysecelle forsynt med foring fremstilt av for-brente karbonb1okker. Foringen virker både som ildfast materiale for å beskytte celleveg-gene og i bunnen mot den smeltede elektrolytt og aluminium, samt som en katode for elektrolyseprosessen. Den elektriske strøm føres fra karbonforingen av stålkollektorstaver som strekker seg inn i spalter i karbonblokkene. Spaltene er gjort noe større enn kollektorstavene for å lette sammenset-ning, forskjell i ekspansjon mellom stål og karbon, samt en liten bevegelse i kollektorstavene . Imidlertid må den elektriske forbindelse mellom karbonforingsblokkene og stål-kollektorstavene være god, og et elektrisk ledende materiale blir generelt anvendt for å fylle det frie rom mellom stavene og karbonblokkene.

Stav-blokk skjøtematerialet er vanligvis enten støpejern eller en ledende sement, men begge disse materialer er funnet å være uønskelige i visse henseender.

Innstøpning med støpejern er kostbar og mange installasjoner er ikke utstyrt for en slik anvendelse. Den ledende sement som anvendes i stav-blokkskjøtene er tradisjonelt en varm innslått blanding bestående av karbonholdig aggregat, såsom kalsinert antrasitt og et bindemiddel, såsom bek eller en tjære-bek-blanding. Blandingen stampes inn I skjøten ved en temperatur på 100 - 130 °C. Anvendelse av bek eller tjære-bekblandinger som bindemiddel forårsaker forurensningspro-blemer. Under fylling av skjøtene bli arbreiderne utsatt for tjæredamper fra den varme blanding og støy generert av stampeverktøyet.

Det er utført forsøk for å unngå disse problemer ved å tilveiebringe romtemperatur-sementer. Imidlertid må disse sementer være i stand til å bibeholde en god elektrisk kontakt mellom kollektorstavene og karbonblokkene og til å danne en katodesammensetning som er fri for sprekker eller gap, da katodesammensetningen tjener som beholder for det smeltede bad og metallet. Det er funnet at kommersielt tilgjengelige romtemperatur-sementer ikke er særlig til-fredsstillende, fordi de danner skjøter med lav ledningsevne eller forårsaker at blokkene sprekker ved elektrolysecel-lenes høye driftstemperatur.

Følgelig er en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en forbedret ledende sement, hvorved disse ulemper unngås.

I henhold til oppfinnelsen er tilveiebragt en ledende sement for kollektorstav-karbonblokkskjøter i elektrolyseceller, og som omfatter: et aggregat valgt fra gruppen bestående av kalsinert antrasitt og blandinger av kalsinert antrasitt og grafitt, et herdbart, flytende polymert bindemiddel og et herdemiddel som bringer bindemidlet til herding, hvilken sement har en lineær krymping som ligger i området 0,3 - 1,5$ når den utsettes for normale driftstemperaturer i en elektrolysecelle.

Oppfinnelsen og dens foretrukne utførelsesformer er beskrevet meget detaljert i det etterfølgende under henvisning til de vedlagte tegninger, hvor: fig. 1 er et perspektivbilde, delvis i snitt, av bunnen av en konvensjonell elektrolysecelle anvendt for fremstilling av aluminium,

fig. 2 er et perspektivbilde i forstørret målestokk av en av bunnblokkene anvendt i cellen ifølge fig. 1, og viser et par kollektorstaver montert deri, og

fig. 3 er et tilsvarende bilde som det i fig. 2 av en alternativ bunnblokk som mottar kun én enkelt kollektorstav.

Cellen ifølge fig. 1 har et stålskall 10 foret med bunn-katodeblokker 11 og sideveggblokker 12. Skjøtene mellom tilstøtende bunnblokker er fylt med en tetteblanding 13 og skjøtene mellom bunnblokkene og sideveggblokkene er fylt med såkalt monolitisk blanding 14. Bunnblokkene 11 er forsynt med en eller flere slisser 15 (se fig. 2 og 3) i deres bunn-vegger for å motta stålkollektorstaver 16 som utstrekker seg ved deres frie ender utenfor stålskallet 10. Det frie rom rundt stavene 11 i slissene 15 er fylt med en ledende stav-blokkskjøtesement 17, som er gjenstand for foreliggende oppf innelse.

Når sementen utsettes for cellens driftstemperatur, vil det polymere bindemiddel forkulle, og sementen i spalten kryper mens den tilstøtende stålstav og spalten I karbonet ekspan-derer. Det er funnet at graden med hvilken sementen krymper, er krititsk for sementens evne til å bibeholde god elektrisk kontakt og god skjøtintegritet. Stålets ekspansjon er nesten fire ganger høyere enn det for karbonspalten og denne forskjell er delvis kompensert ved krymping av sementen i spalten. Det er funnet at hvis sementen kryper for lite, vil netto termisk belastning ved skjøtene over-skride en kritisk verdi, og blokkene har en tendens til å sprekke. På den annen side, hvis sementen kryper for meget, vil det dannes gap mellom staven og blokken, hvilket fører til en dårligere elektrisk kontakt. Det er funnet at for et krympeområde for sementen på 0,3 til 1,5 % unngås disse problemer når sementen anvendes i stav-blokkskjøter med normal avstand på 10-25 mm.

Aggregatet som anvendes i sementen ifølge foreliggende oppfinnelse er kalsinert antrasitt eller en antrasitt-grafittblanding. Anmtrasittaggregatpartiklene har fortrinnsvis en størrelsesfordeling (granulometri) omfattende mindre enn 30 vekt# av +10 Tyler mesh fraction og mellom 15 og 30 vekt# av en -200 Tyler mesh fraction. Når en antrasitt-grafittblanding anvendes, vil -200 Tyler mesh fraksjo nen av antrasitt helt eller delvis erstattes av grafittpar tikler, fortrinnsvis med en partikkelstørrelse på -200 Tyler mesh. Følgelig kan blandingen inneholde 0-30 vekt$ grafitt Tilstedeværelse av grafitt nedsetter den elektriske motstand av sementen og er derfor ønskelig. Partikkelstørrelsesfor-delIngen av aggregatet er av betydning, fordi partiklene bør være tilstrekkelig små for å tillate at sementen strømmer inn i det smale rom mellom staven og blokken uten påvirkning av vesentlig trykk, men de bør også være tilstrekkelig store til å forhindre for stor krymping av sementen når brenningen finner sted.

De mellomliggende partikkelstørrelser for aggregatet, dvs. de i området 10 - 200 Tyler mesh, er Ikke kritiske. For å optimalisere densiteten av sementen i brent tilstand, er det imidlertid foretrukket å anvende et rettlinjet aggregat ved å holde +10 og -200 fraksjonene innen de ovenfor gitte grenser.

Det anvendte antrasitt bør kalsineres før anvendelse og fortrinnsvis ved en temperatur i området 1600 - 1800 °C. Kalsineringen har de følgende effekter: a) eliminere flyktige bestanddeler tilstede i den ubrente atrasitt, b) redusere svelling som følge av natriumabsorbsjon, og c) eliminere krymping av antrasitt når den utsettes

for høye temperaturer.

Antrasitt eller antrasitt-grafittpartiklene blandes med et egnet bindemiddel for anvendelse ved romtemperatur og en katalysator for å danne en ledende sement. Bindemidlet som avbinder ved romtemperatur, er fortrinnsvis en relativt lav-viskøs polymer eller polymerforløper (eksempelvis pre-polymer eller monomer) som er (a) i stand til å binde antrasitt eller antrasitt/grafittpartiklene sammen til å gi en sammenhengende plastisk masse som kan bearbeides inn i en stav-blokkskjøt, (b) være polymiserbar eller fornettbar til å gjøre sementen herdbar, og (c) har et høyt karboninnhold

(fortrinsvis minst 35 vekt#, eller mere foretrukket minst 45 vektÆ) når den er karbonisert ved en høy temperatur for å gi en høy elektrisk ledningsevne. Det foretrukne romtemperatur-bindemiddeel anvendt i sementen, er en flytende fenol-formaldehydharpiks, en furfuryl-alkohol-fenolharpiks eller furfural-fenolharpiks eller en forløper derfor. Disse materialer er istand til å polymeriseres eller fornettes i nærvær av en katalysator. Om nødvendig kan materialene fortynnes med monomerer eller med et oppløsningsmiddel for å nedsette deres viskositet.

For tilfellet furfuryl-alkohol-fenol flytende harpikser, bør disse fortrinnsvis være istand til å fortynnes med furfuryl-alkohol og i tilfelle av furfural-fenolharpikser, bør disse fortrinnsvis være i stand til å kunne fortynnes med furfural. Viskositetene av selve harpiksene bør ved 25 °C fortrinnsvis ikke overstige 3000 eps, og viskositetene av fortynnede harpikser bør fortrinnsvis ikke overstige 300 eps ved 25 °C. For tilfellet av flytende fenol-formaldehydharpikser, så har disse generelt en "koksing" verdi på ca 36 vekt# eller mer, og et aromatisk amin kan tilsettes for å forøke "forkoksnings" verdien til 50 vekt# eller mer. Viskositeten til disse harpikser bør fortrinnsvis ikke overstige ca 200 eps ved 25 °C. Om ønsket kan en fast feno-formaldehydharpiks bindes med den flytende fenolformaldehydharpiks av den ovenfor nevnte type, i dette tilfelle bør den fast harpiks fortrinnsvis ha en "forkoksnings"verdi på minst 52 vekt#, et smeltepunkt i området 100-115 °C ogen smelteviskositet ved 150 °C på 2000 eps eller mindre.

Eksempler på spesifikke harpiksforløpere er de følgende:

1. En furfuryl alkohol-fenol flytende harpiks solgt under handelsnavnet "LP-340" (QO Chemicals Company). Denne harpiks kan fortynnes med furfurylalkohol og har de følgende egenskaper: Viskositet = 3000 eps ved 25 °C (men viskositeten kan varieres fra 50 -3000 eps avhengig av mengden av anvendt fortynningsmiddel)

2. En furfural-fenilharpiks solgt under handelsnavnet "UP-440" (QO Chemicals Company). Denne harpiks kan fortynnes med furufural og har de følgende egenskaper :

(men viskositeten kan variere fra 50-2500 eps avhengig av mengden av anvendt fortynningsmiddel) 3. En flytende fenol-formaldehydharpiks solgt under handelsnavnet "RL-2360"(Borden Company). Dette materiale har de følgende egenskaper: 4. En flytende blanding av en fast fenol-formaldehydhar piks solgt under handelsnavnet "RD-2475" (Borden Company) og den ovenfor nevnte harpiks (RL-2360). Harpiks "RD-2475" har de følgende egenskaper:

De ovenfor nevnte harpiksforløpere har en relativt lav viskositet ved romtemperatur og har et høyt karbonutbytte. De kan også utvikle sterke bindinger som følge av sin evne til

fornetning.

Sementen inneholder fortrinnsvis 10-10 vekt#, mere foretruk-

ket 13-18 vekt# av bindemidlet, dvs. harpiks pluss eventuelt anvendt fortynningsmiddel. Når et fortynningsmiddel anvendes, er det foretrukket ett som vil ta del i fornet-ningsreaksjonen for bindemidlet.

Herdemidlet som anvendes for herding (dvs. polymeriserig og fornetning) av bindemidlet kan være av den latente eller ikke-latente type. Med et ikke-latent herdemiddel vil sementen ikke herde ved romtemperatur. Med et latent herdemiddel kan herding tilveiebringes ved å oppvarme sementen til en forhøyet temperatur, vanligvis over 80 °C (dvs. ca 100 °C) generelt i minst 2 timer. Dette kan eksempelvis oppnås ved å oppvarme stålkollektorstaven med en propanbrenner eller lignende.

Et hvilket som helst herdemiddel egnet for harpiksbindemidler kan anvendes, og spesielle eksempler er gitt som følger:

1) for furfuryl-alkohol-fenolharpikser:

a) latente herdemidler (sur type):

i) 50 vekt# sinkklorid i vann eller etanol

ii) 50 vekt$ maleinsyreanhydrid i furfural ili) 50 vekt% ftalsyreanhydrid i furfural iv) metyl para-toluensulfonat

b) ikke-latente herdemidler (sur type):

i) toluensulfonsyre

ii) benzensulfonsyre

iii) fosforsyre

2) For furfuralfenolharpikser:

a) latente herdemidler (sur type):

i) 50 vekt# sinkklorid i vann eller etanol

ii) 50 vekt# maleinsyreanhydrid i furfural

ili) 50 vekt# ftalensyreanhydrid i furfural iv) metyl para-toluensulfonat

v) granulært ammoniumklorid

b) latente herdemidler (basisk type):

i) heksametylentetramin

ii) trietanolamin

c) ikke-latente herdemidler (sur type):

i) toluensulfonsyre

ii) benzensulfonsyre

lii) fosforsyre

d) ikke-latente herdemidler (basisk type):

i) trietylentetramin

ii) dietylentriamin

iii) etylendiamin

iv) 50 vekt$ natriumhydroksyd i vann.

3. For fenol-formaldehydharpikser:

a) ikke-latent katalysator

i) toluensulfonsyre.

Latente herdemidler kan kombineres direkte med bindemidlet før anvendelse fordi herding ikke finner sted inntil bindemidlet er oppvarmet.

Ikke-latente herdemidler kan blandes med aggregatet før anvendelse. Herding av harpiksen begynner straks herdemidlet deretter blandes med aggregatet/herdemiddelblandingen. Generelt blir sementen fremstilt ved å blande herdemidlet med aggregatet i 5-10 min. ved romtemperatur, etterfulgt av tilsetning av bindemiddel og blanding i ytterligere 20-25 min. ved romtemperatur.

Den lineære krymping av sementen kan holdes innen området 0,3-1,5 % ved å kontrollere partikkelstørrelsesforde- lingen av aggregatet og bindemiddel innholdet i sementen innen de ovenfor nevnte områder.

Et øket bidemiddelinnhold og/eller finere granulometri ville resultere i en høyere krymping av sementen, og omvendt ville nedsatt bindemiddelinnhold og/eller en grovere granulometri føre til mindre krymping av sementen. Således kan en passende krympegrad som faller innen det oppgitte område erholdes ved egnet tilpasning av bindemiddelinnholdet med granulometrien. Imidlertid er sementens ønskede flytbarhet en annen faktor som må tas i betraktning. F.eks. hvis en lav krympning er ønsket, kan mengden av bindemiddel være ganske lavt hvis det anvendes en grov granulonetri, men sementen kan da ha en så lav flytbaret at den er vanskelig å pakke inn i stav-blokkskjøten. Forøkede mengder av bindemiddel og/eller finere granulometri fører til en forøket flytbarhet av sementen. Enkle forsøk med å variere mengden av bindemiddel og granulometrien gir optimale sementsammen-setninger.

Sementen kan enten stampes eller håndpresses ved romtemperatur inn i stav-blokkskjøten. Hvis et lavt bindemiddelinnhold og et grovt aggregat anvendes, vil sementen vanligvis bli stampet. På den annen side, hvis bindemiddelinnholdet er høyt og aggregatet fint, kan sementen vanligvis håndpresses inn i skjøten.

Når et ikke-latent herdemiddel anvendes, finner herdingen sted ved romtemperatur og stav-blokk-kombinasjonen kan generelt håndteres etter ca. 15 min. eller mer, men full styrke utvikles kun etter 24 timer. Når et latent herdemiddel anvendes må sementen oppvarmes til herdetemperaturen i minst to timer for å utvikle full styrke. For å oppnå en høy ubrent densitet, blir sementen fortrinnsvis oppdelt i et mindre antall små posjoner, og disse blir separat og fast pakket inn i stav-blokkskjøten inntil skjøten er fylt. Gode resultater erholdes når fem eller flere slike posjoner anvendes.

Straks stav-blokkskjøten er pakket med sement og sementen har herdet, kan elektrolysecellen anvendes på normal måte ved høye driftstemperaturer som fører til karbonisering av bindemidlet. Den spesifikke motstand for den resulterende karboniserte sement er generelt mindre enn 80 jj/L.m og densiteten i bakt tilstand er generelt høyere enn 1.400 kg/m^.

Oppfinnelsen skal Illustreres nærmere under henvisning til de etterfølgende eksempler. I eksemplene er alle prosentan-deler vekt$ (når dette er passende) hvis intet annet er angitt.

Eksempel 1

Et aggregat ble fremstilt, bestående av elektrisk kalsinert antrasitt og grafitt som utgjorde -200 Tyler mesh fraksjonen. Granulometrien er vist i den etterfølgende tabell 1.

Som det vil fremgå, er andelen av +10 mesh fraksjonen i aggregatet 0$ og -200 Tyler mesh fraksjonen var 26,6$. 10-200 Tyler mesh fraksjonen var et rettlinjet aggregat.

Aggregatet ble blandet med en tilstrekkelig mengde bindemiddel til å gi et bindemiddelinnhold av sementen på 18 vekt$. Bindemidlet besto av 12,6$ furfuryl-alkohol-fenolharpiks ("LP-340") med 5,4 vekt$ furfurylalkohol som fortynningsmiddel (prosentandelene er regnet på basis av den totale vekt av sementen). Sementen omfattet også 1,4 vekt$ sinkklorid, 50 $-ig oppløsning i vann som herdemiddel.

Herdemidlet ble for-blandet med aggregatet i 10 min. ved romtemperatur. Bindemidlet ble deretter tilsatt og blandet

kontinuerlig i ytterligere 20 min.

Den tilsynelatende densitet i ubrent tilstand av sementen var 1540 kg/m<3>. Sementen (før herding) ble håndpresset inn i en 12 mm stav-blokkspalte. Etter herding ved oppvarming ved 100 °C og baking ved 500 °C ble stav-blokkvedheftning erholdt. Den lineære krympning ved baking fra romtemperatur til 970 °C var 0,87$. De følgende egenskaper for den brente sement var som følger:

Eksempel 2

Et aggregat av elektrisk kalsinert antrasitt ble fremstilt til å inneholde 26,2 vekt$ av en +10 Tyler mesh fraksjon og 19,5 vekt$ av en -200 Tyler mesh fraksjon. Sementen ble fremstilt under anvendelse av 13$ av et romtemperaturbinde-middel. Bindemidlet besto av 80$ flytende fenol-formaldehydharpiks (Borden), 15$ fast fenolformaldehydharpiksn (Borden) og 5$ av et aromatisk amin. Sementen omfattet også 0,62$ toluensulfonsyre som romtemperatur-herdemiddel.

Herdemidlet ble forblandet med aggregatet i 5 min, hvoretter bindemidlet ble tilsatt og blandingen fortsatt i 25 min. Blandingen ble ved romtemperatur stampet inn i en 12 mm stav-blokkspalte. Den lineære krympning ved baking av sementen var 0,48$. Egenskapene til den bakte sement var som følger:

Sammenligningseksempel

Forskjellige sementer og stampemasser ble fremstilt og undersøkt med hensyn til forskjellige egenskaper som følger: a) sammensetninger undersøkt i) En første kommersielt tilgjengelig stav-blokksement betegnet "Room Temperature Cement A" ble erholdt. Den besto av to komponenter, en fast og en flytende, som skulle blandes sammen. Den faste komponent omfattet en

blanding av grafitt og jernpartikler med faste fenolharpikser. Den flytende komponent omfattet flytende fenolharpikser (og muligvis furanharpikser) med fortynningsmid-

er. Ingen separat herdingsfremgangsmåte ble anbefalt

av fabrikanten.

ii) En andre kommersielt tilgjengelig stav-blokksement betegnet "Room Temperature Cement B" ble erholdt.

Denne var fremstilt av et stålpartikkelaggregat blandet med et karbonholdig bindemiddel (oppløselig i quinolin). Bindemiddel innholdet var ca 15 vekt$. Et epoksybindemid-del og et arimatisk amin ble tilsatt for å herde sementen ved romtemperatur. Granulometrien for stålpartikkelaggre-gatet er gitt i den etterfølgende tabell 2.

iii) Konvensjonelle stampeblandinger fremstilt ved anvendelse av et antrasittaggregat og bek-tjæreblanding som bindemiddel ble erholdt. Det totale bindemiddel innhold var 15 vekt$. Granulometrien for aggregatet er vist i tabell 3. Blandingen ble fremstilt ved å blande komponentene ved 130 °C i 60 min. iv) Forskjellige blandinger (i det etterfølgende betegnet som "Laboratory Cements") ble fremstilt fra elektrisk kalsinert antrasitt eller antrasitt/grafitt aggregater og harpiksbindemidler markedsført under handelsnavnet "LP 340" og "UP 440" (Quaker Oats). Harpiksene ble fortynnet med furfurylalkohol eller furfuralmonomerer. Både latente og ikke-latente katalysatorer ble anvendt for å herde harpiksene. De forskjellige sammensetnnger er gitt i den etterfølgende tabell 4.

Aggregatgranulometri er vist i den etterfølgende tabell 5.

Når antrasitt/grafittaggregat ble anvendt, ble -200 mesh fraksjonen erstattet med grafitt (kommersiell grad, fraksjon "A200" (Union Carbide).

Den faste komponent og katalysatoren ble forblandet ved romtemperatur i 10 min., hvoretter bindemidlet ble tilsatt. Blandingen ble fortsatt i ytterligere 20 minutter.

b) Fremgangsmåte ved fremstilling av prøvestykker

"Romtemperatursementene A og B" ble fremstilt ved å blande

de faste og flytende bestanddeler i de krevede andeler og støpe blandingen i metallformer med diameter på 38 mm.

"Laboratoriesementene" ble fremstilt som beskrevet ovenfor. Disse ble ved romtemperatur fylt i grafittformer med diameter 38 mm og håndpresset for å oppnå en god pakning. Prøvestykkene som ble fremstilt fra blandingene med latent katalysator ble herdet ved 100 °C for å herde. De som ble fremstilt fra ikke-latente katalysatorer ble eksponert mot luft i 3 døgn for å herde.

Stampeblande-prøvestykkene ble fremstilt ved å presse blandingen (ved 130 °C) i former med diameter 38 mm ved et trykk på 15 MPa (2000 psi).

"Room Temperature Cements" ble pakket i koks og brent ved 970 °C med en midlere oppvarmingshastighet på 20 °C/time.

Laboratoriesementprøvene ble brent ved 970 °C i et dilatometer under måling av dimensjonsforandringer.

c) Prøveprosedyrer

Egenskapene for prøvestykkene, såsom ubrent og brent

densitet (ASTM-metodene D71 og C559), spesifikk motstand (ASTM-metode C611), luftpermeabilitet og kompresjonsstyrke (ASTM-metode C695) ble bestemt. Dimensjonsforandringer under brenning (25 °C til 970 °C) ble målt (under anvendelse av et dilatometer) ved en oppvarmningshastighet på 30 °C/t.

Adhesjon mellom en stav og sementen ble bestemt ved å oppbygge i laboratoriet en stav-blokkskjøt og deretter be-stemme kraften som var nødvendig for å separere de to ved en nærmere spesifisert temperatur. Stav-blokkoppkpblingen ble fremstilt under anvendelse av et stykke av en katodeblokk (255 mm x 255 mm x 130 mm) med en spalte med passende dimensjoner og et kollektorstavstykke (65 mm x 115 mm x 130 mm). Skjøten ble fremstilt ved å stampe (for tilfelle av en stampeblanding) eller ved fylling eller håndpresssing (i tilfelle for sementer). Stav-blokkoppkoblingen ble plassert sideveis (med staven vendende oppad) inne i en ovn og oppvarmet til de spsifiserte temperaturer. Temperaturen til blokken ble nedtegnet under anvendelse av et termoele-ment. Stålstaven ble presset ut av blokken og kraften som var nødvendig for separasjon ble nedtegnet.

De flyktige bestanddeler som ble utviklet fra laboratoriesementene og den konvensjonelle stampemasse ble bestemt ved forskjellige temperaturer under anvendelse av en laboratorie fysikalsk modell. Kondenserbare bestanddeler ble analysert kvantitativt for totalt oppløselig materiale og polycykliske aromatiske hydrokarboner (PAH) tilstede og kvalitativt for alle bestanddeler, såsom fenoler osv.

d) Resultater

Blandede prøver fremstilt fra "romtemperatursement B" de- formerte vesentlig under brenning. Krympingen var også altfor stor, nesten 15$, slik at prøvestykket på en side forsvant. Prøvestykkene syntes også å være ekstremt porøse På grunn av dette ble sementen vurdert som uegnet og ytterligere prøveegenskaper ble ikke bestemt. Heller ikke "Room Temperature Cement A" fungerte bra. Etter to uker ved romtemperatur var sementen ennå Ikke herdet. Herding ved 100 °C var nødvendig for å herde prøvestykkene. Sementen krøp betydelig under brenning, hvilket forårsaket oppsprek-king av prøvestykkene. Egenskapene for de forskjellige prøvestykker, bortsett fra "Room Temperature Cement B" er angitt i den etterfølgende tabell 6. Resultatene for evaluering av karbonblokk-stavadhesjon er angitt i den etterfølgende tabell 7.

Tabell 7

Adhesjon stav-blokk med konvensjonell stampeblanding "Room Temperature Cement A" og "laboratoriesement"

Kraften som er nødvendig for å separere staven fra blokken for "Room Temperature Cement A" i skjøten, avtok med økende temperatur. Den var også vesentlig lavere enn kraften når det ble anvendt stampeblanding i spalten. Etter prøven ved 500 °C var "Room Temeperature Cement A" i skjøten meget oppsprukket. Dette skyldtes den høye krympning av sementen under brenning.

Laboratoriesement nr. 7 ble anvendt i stav-blokkskjøten. Ad-hesjonene ble bestemt ved 100 °C etter herding av skjøten og deretter ved 300 °C og 500 °C. Resultatene var aksepta-ble.

Forsøksresultater fer bestemmelse av avgivelse av flyktige bestanddeler var som følger.

Laboratoriesementene ble pakket i stav-blokkskjøtene ved romtemperatur. Ved denne temperatur avga de en lukt. Imidlertid ble ingen flyktige bestanddeler avgitt, og derfor ble heller ingen målinger utført. Sementen representerer således ingen fare for arbeiderne som pakker skjøten.

Flyktige bestanddeler avgitt ved 100 °C (under herdingen) og

ved 550 °C (ved brenning) er angitt i tabell 8. Til sammen-ligning er medtatt data for flyktige bestanddeler avgitt fra den konvensjonelle stampeblanding for tidspunktet ved

stamping (130 °C) og for tidspunktet under brenning (550

°C).

Betydelige mengder flyktige bestanddeler ble avgitt fra laboratoriesementen både under herding og under brenning, men andelen av skadelige polycykliske aromatiske hydrokarboner var meget lav.

Foreliggende oppfinnelse vedrører også en fremgangsmåte for å fremstille en strømkollektor stav-karbonblokkskjøt med god integritet og konduktivitet i en elektrolysecelle som er forsynt med minst én strømkollektorstav og minst én karbonblokk forsynt med en spalte med dimensjoner som er noe større en stavens, og fremgangsmåten er særpreget ved at strømkollektoren innføres i spalten i blokken, hvoretter spalten fylles med sement som deretter herdes og karbonise-res ved oppvarming til høy temperatur.

Ytteligere omfatter oppfinnelsen en elektrolysecelle hvori strømkollektoren er festet ved den ovenfor nevnte fremgangsmåte.

Ytterligwere omfatter oppfinnelsen et sett av deler for dannelse av sement for en kollektorstav-karbonblokkskjøt for en elektrolysecelle, og omfatter et aggregat bestående av kalsinert antrasitt og/eller blandinger av kalsinert antrasitt og grafitt og et herdbart, flytende bindemiddel som tidligere angitt, samt et herdemiddel som tidligere angitt, og hvor de relative mengder av aggregater, bindemidlet og herdemidlet er slik at i blandet tilstand danner de en sement med en lineær krympning som ligger innen området 0,3-1,5 % når denne eksponeres for normale driftstemperaturer i en elektrolysecelle. Herdemidlet kan eventuelt være av en ikke-latent type som er emballert separat fra bindemidlet. Settet kan også være særpreget ved at aggregatet og herdemidlet er blandet sammen, eller at herdemidlet er av den latente type og er pakket i blanding med aggregatet.

Claims (1)

1. Ledende sementforkollektorstav-karbonblokkskjøt i elektrolyseceller og som omfatter et aggregat bestående av kalsinert antrasitt eller blandinger av kalsinert antrasitt og grafitt, et herdbart, flytende polymert bindemiddel, og et herdemiddel som bringer bindemidlet til herding, karakterisert ved at sementen har en lineær krymping som ligger innen området 0,3-1,5 % når den utsettes for normale driftstemperaturer i en elektrolysecelle.

2. Sement ifølge krav 1, karakterisert ved at aggregatet omfatter kalsinert antrasitt med en partikkel-størrelsesfordeling omfattende mindre enn 30 vekt$ av en +10 Tyler mesh fraksjon og mellom 15-30 vekt$ av en -200 Tyler mesh fraksjon.

3. Sement ifølge krav 2, karakterisert ved at aggregatet innbefatter grafitt som erstatter minst en del av -200 Tyler mesh fraksjnen av antrasitt og at grafitten fortrinnsvis har en partikkelstørrelse på -200 Tyler mesh, idet aggregatet kan inneholde opptil 30 vekt$ grafitt idet resten utgjøres av kalsinert antrasitt.

4. Sement ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det polymere bindemiddel er en flytende fenolformaldehydharpiks, en furfurylalkoholfenolharpiks, en furfuralfenolharpiks, eller forløpere derfor.

5. Sement ifølge krav 4, karakterisert ved at bindemidlet innbefatter en monomer for harpiksen eller annet fortynningsmiddel.

6. Sement ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den omfatter 13-18 vekt$ av bindemidlet.

7. Sement ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at herdemidlet er et latent herdemiddel som forårsaker herding av bindemidlet ved en temperatur over romtemperatur, såsom en 50 vekt$-ig sikkloridoppløsning i vann eller etanol, en 50 vekt$-ig maleinsyreanhydridoppløsning i vann, en 50 vekt$-ig ftalsyre anhydridblanding i furfural, metylpara-toluensulfonat, granulært ammoniumklorid, heksametylentriamin eller trietanolamin, eller at herdemidlet er et ikke-latent herdemiddel som forårsaker herding av bindemidlet ved romtemperatur, såsom toluensulfonsyre, benzensulfonsyre, fosforsyre, trietylentetramin, dietylentriamin, etylendiamin, en 50 vekt$-ig natriumhydroksydoppløsning i vann eller toluensulfonsyre.

9. Sement ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter: en blanding av kalsinert antrasitt og grafitt omfåttene ca. 0 vekt$ av en +10 Tyler mesh fraksjon og ca. 26,6 vekt$ av en -200 Tyler mesh fraksjon, idet grafitten omfatter en del av -200 Tyler mesh fraksjonen, ca. 12,6 vekt$ av en furfurylalkohol-fenolharpiks blandet med 5,4 vekt$ av et fortynningsmiddel, såsom furfurylalkohol, og ca. 1,4 vekt$ av en 50 vekt$-ig vandig natriumklorid-oppløsning.

10. Sement ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter kalsinert antrasitt omfattende ca. 26,2 vektÆ av en +10 Tyler mesh fraksjon og ca. 19,5 vekt$ av en -200 Tyler mesh fraksjon, ca. 13 vekt$ av et bindemiddel bestående av ca. 8 vekt$ av en flytende fenolformaldehydharpiks, ca. 15 vekt# av en fast fenol-formaldehydharpiks og ca. 5 vekt% av et aromatisk amin, og ca. 0,62 vekt% toluensulfonsyre som herdemiddel ved romtemperatur.

11. Sement ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter ca. 80,6 vekt56 av et aggregat med den føl-gende granulometri

hvor de fire første fraksjoner er kalsinerte antrasittpar-tikler og -200 Tyler mesh-fraksjonen er grafittpartikler, et bindemiddel omfattende 12,6 vekt# furfurylalkoholfenol flytende harpiks, og ca. 5,4 vekt# furfurylalkohol som fortynningsmiddel, samt ca. 1,4 vekt$ av en vandig 50 $-ig sinkkloridoppløsning som latent herdemiddel.

12. Anvendelse av sementen i henhold til de foregående krav for forankring av strømkollektorstaver i karbonblokker for anvendelse i elektrolyseceller.