PL134338B1 - Self-aligning cathode member for electrolytically obtaining aluminium - Google Patents

Self-aligning cathode member for electrolytically obtaining aluminium Download PDF

Info

Publication number
PL134338B1
PL134338B1 PL1982239350A PL23935082A PL134338B1 PL 134338 B1 PL134338 B1 PL 134338B1 PL 1982239350 A PL1982239350 A PL 1982239350A PL 23935082 A PL23935082 A PL 23935082A PL 134338 B1 PL134338 B1 PL 134338B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
cathode
aluminum
elements
specific weight
self
Prior art date
Application number
PL1982239350A
Other languages
English (en)
Other versions
PL239350A1 (en
Inventor
Maurice Keinborg
Philippe Varin
Yves Bertaud
Michel Leroy
Original Assignee
Pechiney Aluminium
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pechiney Aluminium filed Critical Pechiney Aluminium
Publication of PL239350A1 publication Critical patent/PL239350A1/xx
Publication of PL134338B1 publication Critical patent/PL134338B1/pl

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/08Cell 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)
  • Ceramic Products (AREA)

Description

Przedmiotem wynalazku jest element katodowy samonastawny do wytwarzania aluminium na drodze elektrolizy.W komoraob Halla-Heroulta katoda jest wykonana z bloków weglowych zestawionych obok siebie, w które wtopione zostaly metalowe prety, polaczone z kolei przewodami zapewniajacy¬ mi elektryczne polaczenie z nastepnym elektrolizerem w szeregu* Podczas praoy katoda jest stale pokryta plynna warstwa aluminium o grubosci okolo 20 om* W nowoczesnych elektrolizerach pracujacych z natezeniem rzedu 200.000 amperów lub wie¬ cej, nalezy zacbowad co najmniej 40 mm odstep mledzyblegunowy pomiedzy anodami, a powierzch¬ nia plynnej warstwy aluminium, aby uniknac powtórnego porywania w kierunku anody. Porywanie to jest spowodowane falami wytwarzanymi na granicach faz miedzy wytwarzanym metalem, a ka¬ piela elektrolizy, metalicznego aluminium albo sodu, bedacych w stanie czesciowo zredukowa¬ nym, przy czym metaliczny sód lub aluminium ponownie utlenia sie. Powoduje to znaczny dodat¬ kowy spadek napiecia ponad 1,5 V, tzn. ponad 1/3 wartosci aalkowietego spadku napiecia na zaciskach elektrolizera.Sposród wielu sposobów stosowanych w celu powiekszenia zwilzalnosci katody plynnym aluminium i zmniejszaniu powtórnego porywania tegoz plynnego aluminium, na skutek jednoczes¬ nego ruchu metalu i kapieli elektrolizy wazne miejsce zajmuje wykorzystanie ogniotrwalych zwiazków elektroprzewodzacych, zwlaszcza borku tytanu i borku cyrkonu.Materialy ogniotrwale przewodzace prad elektryczny naleza do grupy utworzonej z borków, weglików i azotków metali grup /ukladu okresowego/ 4 A, 5 A i 6 A, lecz do dzis badania przeprowadza sie glównie na dwuborku tytanu TiB? i dwuborku cyrkonu ZrBp* Te ogniotrwale ma¬ terialy elektroprzewodzace, brane oddzielnie lub w polaczeniu, mozna wykorzystac w elektro¬ lizerach typu Halla-Heroulta, o ile posiadaja jednoczesnie trzy nastepujace wlaenoscit re- zystywnosc elektryczna ponizej 1000 u»/lcm, najkorzystniej ponizej 100 uAcm przy 950 - 970°C, dobra zwilzalnosc dla plynnego aluminium oraz obojetnosc fizyczna i chemiczna wobec plynnego aluminium i kapieli elektrolizy.2 134 338 W temperaturze 1000°C borek tytanu ma rezyatywnosc 60 u%acm, a borek cyrkonu 74 u^lcm, tj. odpowiednio 2 i 2,5 raza wieksza niz rezyatywnosc plynnego aluminium, lecz równiez ponad 500 razy mniejsza niz rezystywnosc kapieli elektrolizy, która jest rzedu 450 Ui/lom. Oba borki sa dokladnie zwilzane przez plynne aluminium i dostatecznie obojet¬ ne wobec stopionego kriolitu. Jednak wysoka cena borku tytanu i borku cyrkonu oraz duza podatnosc tych produktów w stanie jednolitym na udary cieplne hamuje produkcje jednoli¬ tych bloków katodowych zbudowanych z obu materialów. Dlatego w praktyce przemyslowej dazy sie do wykorzystania badz okladzin o malej grubosci, otrzymywanych na drodze szere¬ gu procesów, poprzez osadzanie w fazie pary lub dyfuzji w stanie stalym, badz masywnych elementów wtapianych w katode naweglana i wynurzajacych sie z plynnej warstwy wyprodu¬ kowanego aluminium. Sposób ten zostal blizej opisany w dwóch artykulach niemieckiego czasopisma "Aluminium" strona 642 - 648 /pazdziernik 1980/ i 713 - 718 /listopad 1980/ przez K. Billehaug i H.A. 0yet pt. "Inert cathodes faz aluminium electrolysis in Hall- -Heroult cells".Powyzsze okladziny o malej grubosci lub malych rozmiarach wykonane z borku tytanu lub borku cyrkonu zadowalajaco rozwiazuja problem przewodnosci wlasciwej pradu elek¬ trycznego bloków katodowych oraz problem ich zwilzania plynnym aluminium. Niestety bloki sa podatne na stosunkowo szybkie zuzycie poprzez stopniowe rozpuszczanie ich w plynnym aluminium, z którym sa w kontakcie. Szacuje sie, ze zuzycie TiBp moze osiagnac 200 g na tone wytwarzanego aluminium. Poza tym wymiana zuzytych elementów katodowych powoduje calkowite zatrzymanie oraz czesciowy rozbiór elektrolizera, co jest niedopuszczalne w praktyce przemyslowej.Elementy katodowe z borku tytanu do produkcji aluminium sposobem Halla-Heroulta zostaly pierwotnie opisane we francuskich opisach patentowych: 1 195 505f 1 203 015, 1 205 857, 1 227 951, 1 229 537, 1 148 068, 1 149 468, 1 165 136, 2 337 210 i 2 430 464 oraz w opisach patentowych Stanów Zjedn. Amer. nr 4 177 128 i 4 093 524, lecz nie wy¬ daje sie, zeby patenty te wdrozono do produkoji. Równiez opis patentowy francuski nr 2 471 425 opisuje elementy katodowe z dwuborku tytanu majacego postac materialu ziar¬ nistego lub kawalków, wysypanych luzem na dno elektrolizera, przy czym elementy pokryte sa co najmniej 2 mm warstwa plynnego aluminium.W zgloszeniu patentowym francuskim nr 8 104 059 zostalo opisane urzadzenie do wy¬ twarzania aluminium technika Halla-Heroulta, które zawiera podloze weglowe pokryte pew¬ na iloncia elementów z dwuborku tytanu, nie polaczonych z podlozem ani miedzy soba, two¬ rzacych na tym podlozu zloze równomiernej grubosci. Wedlug tego opisu, katoda moze za¬ wierac posredni wspornik weglowy, umieszczony na podlozu weglowym i podpierajacy zloze czastek z dwuborku tytanu.We francuskim opisie nr 8 112 909, zostal opisany element katodowy, zawierajacy posredni wspornik obojetny i czynne elementy z materialu ogniotrwalego przewodzacy prad elektryczny, takiego jak TiBp, sztywno polaczone lecz oddzielone od wspornika, przy czym zespól skladajacy sie z posredniego wspornika obojetnego oraz ozynnych elementów ma wiekszy ciezar wlasciwy niz plynne aluminium w temperaturze elektrolizy.Katodowe elementy z materialu ogniotrwalego elektroprzewodzacego zwilzane plynnym aluminium bedace przedmiotem zgloszenia francuskiego nr 81 04059 i nr 81 12909 posiada¬ ja pewne niedogodnosoi, polegajace na tym, ze grubosc warstwy plynnego metalu, w której zanurzono zloze elementów zwilzalnych, jest mala i miejscami moze stac sie miejscem sil¬ nych poziomych pradów elektrycznych; prady te moga wywolac sily elektromagnetyczne, da¬ zace do przemieszczenia metalu i przesuniecia przewodzacych elementów zwilzalnych, zmie¬ niajac tym samym równomiernosc zloza utworzonego z tych elementów; - obnizajac katode nie mozna spowodowac, aby zetknela sie z warstwa plynnego aluminium, a tym samym nasta¬ pila depolaryzacja plaszczyzny anodowej; w celu okresowego pobierania wytwarzanego me¬ talu, koniecznie nalezy przewidziec w katodzie studzienke lub rynne tworzaca zbiornik, który zbiera metal wyplywajacy ze zloza katodowego. Pojemnosc zbiornika oraz szczególy izolacji elektrycznej moga utrudniac zaprojektowanie dna elektrolizera i powiekszac Je¬ go koszt; w przypadku zamulenia dna elektrolizera osadem tlenku glinowego oraz nieroz- puszozonym elektrolitem cienkie zloze szybko zostanie zakryte osadem a praca komory zos-134338 3 tanie zaklócona; istnieje niebezpieczenstwo uszkodzenia Lub nawet zniszczenia elemen¬ tów obojetnego v\opomika posredniego i elementów z TiB2 w przypadku opadania lub nie¬ kontrolowanego spadania anody.Celem niniejszego wynalazku jest zaprojektowanie elementu samonastawrego, który umieszczony w elektrolizerze zapobiegnie wystapieniu wyzej wymienionych niedogodnosci.Element katodowy samonastawny, wedlug wynalazku, zawiera co najmniej jeden czynny element katodowy wykonany z materialu ogniotrwalego elektroprzewodzacego takiego jak dwuborek tytanu TiB2, który oparty jeet na posrednim grafitowym wsporniku, wyposazonym w elementy kotwiace i ograniczniki wspólpracujace z plytkami kotwiacymi i ogranicznika¬ mi polaczonymi sztywno z katoda weglowa, przy czym stosunek ciezaru czannego elementu katodowego z TiBp do ciezaru posredniego grafitowego wispornika jest tak dobrany, ze sredni ciezar wlasciwy zespolu zlozonego z czynnego elementu katodowego i posredniego grafitowego wspornika jest mniejszy od ciezaru wlasciwego plynnego aluminium w tempera¬ turze elektrolizy.Korzystnie jego sredni ciezar wlasciwy jest mniejszy od ciezaru wlasciwego plynnego aluminium i mniejszy od ciezaru wlasciwego kapieli elektrolitycznej na bazie stopionego kriolitu w normalnych warunkach pracy elektrolizera. Korzystnie jego sredni ciezar wlas¬ ciwy jest zawarty w przedziale miedzy ciezarem wlasciwym plynnego aluminium, a ciezarei wlasciwym kapieli elektrolitycznej na bazie stopionego kriolitu w normalnych warunkach pracy elektrolizera. Korzystnie zawiera szereg czynnyoh elementów katodowych polaczo¬ nych z posrednim grafitowym wspornikiem. Korzystnie kazdy z osobna czynny element kato¬ dowy jest polaczony z obojetnym wspornikiem posrednim.Poza znanymi korzysciami wynikajacymi z zastosowania elementu katodowego z TiBp jako bardzo dobrego przewodnika elektrycznego zwilzalnego plynnym aluminium, niniejszy wynalazek daje wiele innych korzysci, umozliwiajac przemyslowe zastosowanie techniki do tej pory tylko eksperymentalnej. Plytki stykowe z TiBp, ustawione oddzielnie lub zwlasz¬ cza zgrupowane w zespoly, mozna wymieniac, a ich cecha plywalnosci chroni je przed uda¬ rami mechanicznymi podczas eksploatacji.W przykladzie wykonania przedstawionym na fig. 8 w przypadku uderzenia przy wklada¬ niu ma miejsce lub wyjeciu anody, wspornik perforowany moze wsuwac sie w betonowy blok zapewniajacy kotwienie. Nizej lezacy metal mozna utrzymac na dostatecznej wysokosci ce¬ lem utrzymania poziomych pradów i zaklócen elektromagnetycznych na poziomie zadawalaja¬ cej dopuszczalnej wartosci, przy czym okresowego spustu metalu mozna dokonac w klasycz¬ nej komorze elektrolizera.Szlam tlenku glinowego, w przypadku jego powstania, osadza sie na dnie tygla, pod metalem, oszczedzajac tym samym powierzchnie elementów plywajacych na powierzchni meta¬ lu. Taki uklad w prosty sposób przeobraza klasyczne wanny w wanny z elementami z TiBp.Poza tym wynalazek otwiera nowa technike projektowania elektrolizerów, gdzie calosc wy¬ kladziny lacznie z dnem jest wykonana z materialu ogniotrwalego, nieprzewodzacego, a prad elektryczny jest zbierany w plynnej warstwie aluminium przewodem ulozonym w górnej czesci elektrolizera. Poza tym stwierdzono, ze elementy katodowe samonastawnie dzialaja jak prawdziwa przepona miedzy plynna warstwa aluminium a anodami, co wyklucza jakikol¬ wiek niekorzystny wplyw tych ruchów metalu na wydajnosc Faradaya, przeciwstawiajac sie przenoszeniu konwekcyjnemu do anody wszelkich rodzajów substancji metalicznych lub czesciowo redukowanych zwlaszcza aluminium i sodu. W takim ukladzie jak na fig. 15 moz¬ na zyskac znaczna czesc spadku napiecia w klasycznych blokach katodowych /okolo 400 mV/ oraz czesc spadku napiecia /okolo 100 mV/ w przewodach laczacych elektrolizery znacznie skróconych, co powoduje obnizke kosztów tych przewodów.Celem niniejszego wynalazku jest usuniecie wyzej wymienionych niedogodnosci.Wynalazek oparty jest na elementach z elektroprzewodzacego materialu ogniotrwalego zwilzalnego plynnym aluminium, zwlaszcza materialu zawierajacego dwuborek tytanu, nie polaczonych bezposrednio z podlozem katodowym, prowadzonych z ograniczonym stopniem swo¬ body w kierunku pionowym. Elementy te utrzymuja sie wyporowo na granicach faz pomiedzy kapiela elektrolizy, a wytwarzanym aluminium, niezaleznie od wahan tej granicy faz pod¬ czas procesu elektrolizy. Elementy sa podparte posrednim wspornikiem obojetnym o cieza¬ rze wlasciwym mniejszym niz ciezar wlasciwy plynnego aluminium. Poza tym elementy te sa4 134 338 •wymienne w taki Bposób, ze mozna Je wstawic i wymienic bez przerywania elektrolizy, z ewentualnym przejsciem przez komore wstepnego podgrzewania lub chlodzenia pod kontrola, w atmosferze kontrolowanej lub nie* W dalszej czesci opisu przyjeto nastepujaca nomenklature: element katodowy samonas¬ tawny: zespól wykonany ze wspornika posredniczacego obojetnego oraz co najmniej z czyn¬ nego elementu katodowego wymiennego. Charakteryzuje sie srednim ciezarem wlasciwym mniejszym od plynnego aluminium w normalnych warunkach stosowania wanien Halla-Heroulta; element kotwiacy: struktura o ciezarze wlasciwym wiekszym niz ciezar wlasciwy plynnego aluminium w normalnych warunkach wykorzystania wanien Halla-Heroulta? Wykonany z mater¬ ialu ogniotrwalego lub ceramicznego, badz z metalu powlekanego warstwa ochronna. Zawiera co najmniej ogranicznik lub urzadzenie ograniczajace oraz na górze pionowy tor jednego lub kilku elementów katodowych samonastawnych; element prowadzacy: uklad mechaniczny przeznaczony do ograniczania bocznego wychylania jednego lub kilku elementów katodowych samonastawnych, pozostawiajacy im swobode ruchu w kierunku pionowym, przy czym swoboda ta jest ewentualnie ograniczona elementem kotwiacym. Element prowadzacy i element kot¬ wiacy moga byc czesciowo lub calkowicie zastepowane jeden przez drugiego; granice faz: powierzchnia miedzyfazowa pomiedzy warstwa plynnego aluminium uzyskana przez elektrolize a elektrolitem /stopiony kriolit/.Równiez dwuborek tytanu ma ciezar wlasciwy nie wiekszy niz ciezar wlasciwy plynnego aluminium w temperaturze /okolo 960°C/ elektrolizy /okolo 4,5 wzgledem 2,3 do 2,1 - 2,2 dla elektrolitu/. Jego wykorzystanie do wyrobu elementów katodowych samonastawnych, moz¬ na zrealizowac w jednym z trzech nastepujacych wariantów: 1. Ustawiamy elementy na obojetnym podlozu o ciezarze wlasciwym nieco mniejszym niz ciezar wlasciwy plynnego aluminium i ustalamy stosunek: masy biernego podloza do masy TiBp w taki sposób, aby zestaw mial ciezar wlasciwy mniejszy od ciezaru wlasciwego plyn¬ nego aluminium /2,3/» lecz jednoczesnie wyzszy niz ciezar wlasciwy elektrolitu. Zwrot "obojetne podloze" oznacza, ze podloze nie sluzy jako katoda dla osadzania elektroche¬ micznego metalu aluminiowego. 2. Postepujemy jak w pierwszym wariancie, lecz zatrzymujemy elementy na granioach faz za pomoca kotwienia do podloza katodowego z jednym stopniem swobody w kierunku pio¬ nowym. 3. Dodajemy elementom z TiB« plywak grafitowy /ciezar wlasciwy 1,6-2 przy 960°C/ w taki sposób, aby zespól element + plywak mial ciezar wlasciwy mniejszy niz ciezar wlasoiwy elektrolitu /zawarty/ pomiedzy 2,1 i 2,2 w przedziale 930 - 960°C/. Zespoly ply¬ waja ponad granica faz kapieli - metalu. Przewodnosc elektryczna w kierunku katody jest wtedy zapewniona przy pomocy trzonków przewodzacych zanurzonych w warstwie metalu.Przedmiot wykonania zostal uwidoczniony na rysunku, na którym fig.1 przedstawia ele¬ ment katodowy samonastawny wyposazony w kilka elementów czynnych wymiennych z TiBp; fig. 2 i 3 - dwa rodzaje ksztaltek elementów czynnych z TiBp; fig. 4 i 5 - pierwszy przyklad wykonania elementów katodowych samonastawnych wyposazonych w elementy czynne z TiB2 o niepelnym ksztalcie rurowym i srodki kotwiace do podloza; fig. 6 - drugi przyklad wykonania elementu katodowego samonastawnego zakotwionego w gestym ogniotrwalym bloku betonowym; fig. 7 - element bocznego prowadzenia elementu katodowego samonastawnego; fig. 8 - trzeci przyklad wykonania elementu katodowego samonastawnego, z ogranicznikiem górnym i dolnym wbudowany we wspornik ogniotrwaly; fig. 9 - wspornik ogniotrwaly z ogra¬ nicznikami, fig. 10, 11, 12, 13 - kolejne przyklady wykonania jednostkowych elementów katodowych samonastawnych, przy czym kazdy czynny element z TiBp zaopatrzony jest we wlasny plywak; fig. 14 i 15 - przyklad zastosowania elementów katodowych samonastawnych w elektrolizerach z wyjsciami katodowymi od góry, w których prad zbierany jest w warst¬ wie aluminiowej.Na figurze 1 czynny element katodowy 1 wykonany z TiBp ma uksztaltowana plaska lub lekko wypukla glówke i trzonek 2 ustawiony w otworach 3 posredniego, biernego grafito¬ wego wspornika 4. Sredni ciezar wlasciwy zespolu katodowego tak wykonanego jest nizszy od ciezaru wlasciwego plynnego aluminium. Glówki stykowe elementu katodowego 1 w normal¬ nej pracy znajduja sie w poblizu granicy faz warstwy aluminium - elektrolit. Przedsta-134 338 5 wlony na fig. 2 i fig. 3 element katodowy 1 lezy bezposrednio na otworze 3 albo zawiera wystepy 5 albo zeberka 6 tworzace odstep. Dzieki temu odstepowi plynne aluminium w miare tworzenia sie splywa swobodnie.Na figurze 4 15 przedstawiono przyklad wykonania, gdzie element katodowy samonas¬ tawny 7 jest zakotwiony w katodowym podlozu weglowym 8 za pomoca plytek kotwiacych 9.Glówka 10 plytki kotwiacej 9 wspólpracuje z wystepem posredniego wspornika elementu ka¬ todowego tworzacej zderzak 11, który ogranicza ruch do góry. Czynne elementy katodowe 12 wykonane sa z odcinków ksztaltek rurowych 13 o niepelnym przekroju kolowym nalozonych na szyne 14, przy czym wolna przestrzen miedzy nimi wystarczy do splywu gotowego alumi¬ nium. Ksztaltki 13 moga miec przekrój kolowy9 kwadratowy lub inny.W przykladzie przedstawionym na fig. 5 ustalono stosunek masy grafitowej do masy TiBp w taki sposób, aby sredni ciezar wlasciwy zespolu byl mniejszy od ciezaru wlasciwego elektrolitu tzn., ze element katodowy samonastawny 7 zajmuje pormalnie górne polozenie.Droga elementu samonastawnego 7 okreslona polozeniem zderzaka 11 i wysokoscia plytki kot¬ wiacej 9 powinna co najmniej równac sie wahaniom wysokosci warstwy plynnego aluminium podczas elektrolizy i odbioru metalu. Ogólnie mówiac czynne elementy katodowe 12 z TiB2 powinny byc wieksze od granicy faz 15 co najmniej o 10 mm. Poza tym nalezy zwracac uwage na grubosc plyty przewodzacej elementu katodowego samonastawnego 7 tak, aby jej podstawa byla zanurzona w metalu niezaleznie od wahan wysokosci, poniewaz wlasnie to plyta, a nie plytki kotwiace 9 przewodzi prad do katodowego podloza weglowego 8 za posrednictwem warstwy 16 gotowego metalu. Trzeba tu podkreslic, ze w kazdym przykladzie elementy z TiBp pelnia role katody i na nich nastepuje osadzanie aluminium wyprodukowanego na drodze ele¬ ktrolizy.Na figurze 6 przedstawiono drugi przyklad wykonania, gdzie element katodowy samonas¬ tawny sklada sie z grafitowej plytki 17 powleczonej dwuborkiem tytanu w postaci powloki 18 otrzymanej na drodze osadzania chemicznego w fazie lotnej lub na drodze natrysku plazmo- tronem. Plywajaca grafitowa plytka 17 utrzymywana jest na dnie przy pomocy bloku 19 z be¬ tonu ogniotrwalego, o duzym ciezarze wlasciwym, odpornego na dzialanie plynnego alumi¬ nium 16 i lezacego na podlozu katodowym 9« Najkorzystniej blok 19 zaopatrzony jest w kana¬ liki 20 dla zapewnienia przeplywu aluminium oraz pradu.W przykladzie wykonania samonastawnego elementu wedlug fig. 1 lub fig. 6 i 8, ele¬ ment posiada elementy prowadzace takie, jak rolki 21, które wspólpracuja np. z lapami wsporników 22. Rolki 21 zawieraja np. TiBp lub azotek krzemu lub nadtlenoazotek krzemu i aluminium /Sialon/.W przykladzie wykonania na fig. 8 wspornik ogniotrwaly 24 jest wtopiony w metal.Wspornik perforowany 25» " którym znajduja sie glówki 1 z TiB^, ma ciezar wlasciwy mniej¬ szy od kapieli elektrolizy: jest to np. grafit, chroniony ewentualnie cienka warstwa og¬ niotrwala taka jak dwuborek tytynu lub Sialon. Zaleta takiego ukladu jest to, ze zespól: wspornik perforowany 25 i glówki 1 z TiBp moze calkowicie wsunac sie do wspornika ognio¬ trwalego 25 o duzym ciezarze wlasciwym, w przypadku nacisku do dolu /przypadek anody zbyt gleboko zanurzonej/. Musimy zachowac warunek e.^ e2* Jezeli sredni ciezar wlasciwy zespolu wspornika perforowanego 25 oraz glówki 1 z TiB2 jest mniejszy od ciezaru wlasciwego kapieli, to wspornik perforowany 25 pozostaje stale w górnym polozeniu.Jezeli sredni ciezar wlasciwy zawarty jest miedzy ciezarem wlasciwym kapieli i cie¬ zarem wlasciwym metalu, to wspornik perforowany 25 nadaza za zmianami poziomu metalu w czasie elektrolizy.Na figurze 9 przedstawiono szczególowo konstrukcje wspornika obniotrwalego 24 o du¬ zym ciezarze wlasciwym wedlug fig. 8 posiadajacego górne ograniczniki 25 i dolne 26. Jed¬ na ze scianek moze zawierac wymienna przegrode 27* Wstawienie lub wyjmowanie takich prze¬ gród umozliwia ukierunkowanie i kontrole przeplywu metalu i kapieli pod wplywem sil ele¬ ktromagnetycznych.Na figurze 10-13 przedstawiono kolejne przyklady wykonania, w których kazdy ele¬ ment z TiBp jest polaczony z grafitowym plywakiem.6 134 338 Na figurze 10 czynny element katodowy 30 z TiBp jest oeadzony w grafitowym piers¬ cieniu 31. Posredni wspornik 32 z biernego materialu sluzy za górny ogranicznik dla gra¬ fitowego pierscienia 31. Posredni wspornik 32 spoczywa na podlozu katodowym za posred¬ nictwem znanych lap lub podpór /nie pokazanych na rysunku; Na fig. 11 element 33 jest plyta zamocowana wkretem 34 na plywaku grafitowym 35* Zamocowania mozna dokonac dowol¬ nym sposobem.Na figurze 12 i 13 plywak grafitowy 36 zawiera studzienke 37 zamknieta od dolu i napelniona plynnym aluminium. Czynne elementy katodowe 38 z TiB2 oparte sa na grafito¬ wym plywaku za pomoca lopatek lub zeberek 39. Ksztalt "niski" elementu 40 na fig. 13 ulatwia zebranie wyprodukowanego plynnego aluminium oraz jego przeplyw kanalikami 41• Oczywiscie, w kazdym opisanym przykladzie wykonania powinien byc okreslony stosu¬ nek masy elementu z TiB~ do masy elementu grafitowego, przy uwzglednieniu ich ciezarów wlasciwych, celem uzyskania sredniego ciezaru wlasciwego o wartosci zawartej pomiedzy 2,3 a 2,2 lub mniejszej od 2,2 a najkorzystniej 2,1, w przedziale normalnych temperatur od 930 - 960°C. Takie wartosci ciozaru wlasciwego nalezy przyjac, jezeli zastosujemy elektrolit o gestosci rózniacej sie nieco z uwagi na zmieniony sklad. Poza tym dla jas¬ nosci rysunku pominieto uklad anodowy, lecz jest to oczywiste, ze znajduje sie on na¬ przeciwko górnej czesci czynnych elementów z TiBp i odpowiada obecnemu stanowi techniki.Na figurze 14 i 15 przedstawiono schematycznie taka wanne posiadajaca zewnetrzna metalowa skrzynie 42, okladzine cieplna 43, elektrycznie izolowana okladzine ogniotrwa¬ la 44, warstwe plynnego aluminium 45» element katodowy 46 - bedacy przedmiotem wynalaz¬ ku tak jak opisano na fig. 7, elektrolit 47, anody 48 i doprowadzenia pradu anodowe¬ go 49 /kolo wirnikowe/.Prad katodowy zbierany jest przez element 50 zawierajacy pionowy kolektor 51? który jest dobrym przewodnikiem elektrycznym, ewentualnie chronionym przed korozja otulina izolacyjna 52, którego koniec jest zakryty kolpakiem 53 z TiBp. Mozna obawiac sie, ze w tym ukladzie prad poziomy przeplywajacy przez warstwe metalu wywola niedopuszczalne ru¬ chy metalu. Otóz ruchy te sa silnie tlumione sciankami urzadzen kotwiacych i prowadza¬ cych elementów katodowych.Zastrzezenia patentowe 1. Element katodowy samonastawny do wytwarzania aluminium na drodze elektrolizy tlenku glinowego rozpuszczonego w kapieli Btopionego kriolitu w temperaturze 930 - 960^3, miedzy anoda weglowa, a warstwa stopionego aluminium osadzonego na katodzie weglowej, sposobem Halla-Heroulta, znamienny tym, ze zawiera co najmniej jeden czynny element katodowy /1/ wykonany z materialu ogniotrwalego elektroprzewodzacego ta¬ kiego jak dwuborek tytanu TiB2, który oparty jest na posrednim grafitowym wsporniku /4/, wyposazonym w elementy kotwiace /11/ i ograniczniki /25# 26/ wspólpracujace z plytkami Kotwiacymi /9/ i ogranicznikami /10/ polaczonymi sztywno z katoda weglowa /8/, przy czym stosunek ciezaru czynnego elementu katodowego /1/ z TiBp do ciezaru posredniego grafitowego wspornika /4/ jest tak dobrany, ze sredni ciezar wlasciwy zespolu zlozonego z czynnego elementu katodowego /!¦/ i posredniego grafitowego wspornika /4/ jest mniej¬ szy od ciezaru wlasciwego plynnego aluminium w temperaturze elektrolizy. 2. Element wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jego sredni ciezar wlasciwy jest mniejszy od ciezaru wlasciwego plynnego aluminium i mniejszy od ciezaru wlasciwego kapieli elektrolityoznej na bazie stopionego kriolitu w normalnych warunkach, pracy elektrolizera. 3. Element wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze Jego sredni ciezar wlasciwy jest zawarty w przedziale miedzy ciezarem wlasciwym plynnego aluminium, a cie¬ zarem wlasciwym kapieli elektrolitycznej na bazie stopionego kriolitu w normalnych wa¬ runkach pracy elektrolizera.134 338 7. 4. Element wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze zawiera szereg czyn¬ nych elementów katodowych /1 2/ polaczonych z posrednim grafitowym wspornikiem /4/. 5* Element wedlug zastrz. 4, znamienny tym, ze kazdy z osobna ozynny element katodowy /1/ jest polaczony z obojetnym wspornikiem posrednim /4/. 1-4 FIG.2 FIG.3 1,3 12 FIG.4 7/7,. T/77 FIG.5 17 18 v J;_ ^T RM 15 ""ffcf^^ 20 FIG.S ho134 338 3-4 elektrolit anoda \__yj \x 34 15 \*^^WMME?M ^ 5 35 34 FIG.11 37 36 FIG.12 32 1-f-r7frT-r7^rrj-ri-n 37 FIG.13 45 53 43 FIG.14 Pracownia Poligraficzna TJP PRL. Naklad 100 egz.Cena 100 zl FIC.15 PL

Claims (5)

  1. Zastrzezenia patentowe 1. Element katodowy samonastawny do wytwarzania aluminium na drodze elektrolizy tlenku glinowego rozpuszczonego w kapieli Btopionego kriolitu w temperaturze 930 - 960^3, miedzy anoda weglowa, a warstwa stopionego aluminium osadzonego na katodzie weglowej, sposobem Halla-Heroulta, znamienny tym, ze zawiera co najmniej jeden czynny element katodowy /1/ wykonany z materialu ogniotrwalego elektroprzewodzacego ta¬ kiego jak dwuborek tytanu TiB2, który oparty jest na posrednim grafitowym wsporniku /4/, wyposazonym w elementy kotwiace /11/ i ograniczniki /25# 26/ wspólpracujace z plytkami Kotwiacymi /9/ i ogranicznikami /10/ polaczonymi sztywno z katoda weglowa /8/, przy czym stosunek ciezaru czynnego elementu katodowego /1/ z TiBp do ciezaru posredniego grafitowego wspornika /4/ jest tak dobrany, ze sredni ciezar wlasciwy zespolu zlozonego z czynnego elementu katodowego /!¦/ i posredniego grafitowego wspornika /4/ jest mniej¬ szy od ciezaru wlasciwego plynnego aluminium w temperaturze elektrolizy.
  2. 2. Element wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jego sredni ciezar wlasciwy jest mniejszy od ciezaru wlasciwego plynnego aluminium i mniejszy od ciezaru wlasciwego kapieli elektrolityoznej na bazie stopionego kriolitu w normalnych warunkach, pracy elektrolizera.
  3. 3. Element wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze Jego sredni ciezar wlasciwy jest zawarty w przedziale miedzy ciezarem wlasciwym plynnego aluminium, a cie¬ zarem wlasciwym kapieli elektrolitycznej na bazie stopionego kriolitu w normalnych wa¬ runkach pracy elektrolizera.134 338 7.
  4. 4. Element wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze zawiera szereg czyn¬ nych elementów katodowych /1 2/ polaczonych z posrednim grafitowym wspornikiem /4/.
  5. 5. * Element wedlug zastrz. 4, znamienny tym, ze kazdy z osobna ozynny element katodowy /1/ jest polaczony z obojetnym wspornikiem posrednim /4/. 1-4 FIG.2 FIG.3 1,3 12 FIG.4 7/7,. T/77 FIG.5 17 18 v J;_ ^T RM 15 ""ffcf^^ 20 FIG.S ho134 338 3-4 elektrolit anoda \__yj \x 34 15 \*^^WMME?M ^ 5 35 34 FIG.11 37 36 FIG.12 32 1-f-r7frT-r7^rrj-ri-n 37 FIG.13 45 53 43 FIG.14 Pracownia Poligraficzna TJP PRL. Naklad 100 egz. Cena 100 zl FIC.15 PL
PL1982239350A 1981-12-11 1982-12-03 Self-aligning cathode member for electrolytically obtaining aluminium PL134338B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR8123780A FR2518124A1 (fr) 1981-12-11 1981-12-11 Elements cathodiques flottants, a base de refractaire electroconducteur, pour la production d'aluminium par electrolyse

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL239350A1 PL239350A1 (en) 1983-06-20
PL134338B1 true PL134338B1 (en) 1985-08-31

Family

ID=9265204

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL1982239350A PL134338B1 (en) 1981-12-11 1982-12-03 Self-aligning cathode member for electrolytically obtaining aluminium

Country Status (19)

Country Link
US (1) US4532017A (pl)
EP (1) EP0082096B1 (pl)
JP (1) JPS58107491A (pl)
AU (1) AU552985B2 (pl)
BR (1) BR8207190A (pl)
CA (1) CA1195950A (pl)
DE (1) DE3265665D1 (pl)
ES (1) ES517933A0 (pl)
FR (1) FR2518124A1 (pl)
GR (1) GR77281B (pl)
HU (1) HU191107B (pl)
IN (1) IN158855B (pl)
NO (1) NO157508C (pl)
NZ (1) NZ202697A (pl)
OA (1) OA07274A (pl)
PL (1) PL134338B1 (pl)
SU (1) SU1205779A3 (pl)
YU (1) YU268982A (pl)
ZA (1) ZA829064B (pl)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4526669A (en) * 1982-06-03 1985-07-02 Great Lakes Carbon Corporation Cathodic component for aluminum reduction cell
FR2529580B1 (fr) * 1982-06-30 1986-03-21 Pechiney Aluminium Cuve d'electrolyse pour la production d'aluminium, comportant un ecran conducteur flottant
CH651855A5 (de) * 1982-07-09 1985-10-15 Alusuisse Festkoerperkathode in einer schmelzflusselektrolysezelle.
CH654335A5 (de) * 1983-03-11 1986-02-14 Alusuisse Zelle zur raffination von aluminium.
AU2713684A (en) * 1983-04-26 1984-11-01 Aluminium Company Of America Electrolytic cell
US4622111A (en) * 1983-04-26 1986-11-11 Aluminum Company Of America Apparatus and method for electrolysis and inclined electrodes
US4596637A (en) * 1983-04-26 1986-06-24 Aluminum Company Of America Apparatus and method for electrolysis and float
US4664760A (en) * 1983-04-26 1987-05-12 Aluminum Company Of America Electrolytic cell and method of electrolysis using supported electrodes
US4808304A (en) * 1983-10-19 1989-02-28 Deal Troy M Apparatus for the dewatering of phosphate slimes
US4631121A (en) * 1986-02-06 1986-12-23 Reynolds Metals Company Alumina reduction cell
JPH0628943Y2 (ja) * 1988-08-10 1994-08-03 多摩川精機株式会社 巻線機におけるニードル揺動機構
US4919782A (en) * 1989-02-21 1990-04-24 Reynolds Metals Company Alumina reduction cell
US5129998A (en) * 1991-05-20 1992-07-14 Reynolds Metals Company Refractory hard metal shapes for aluminum production
US5486278A (en) * 1993-06-02 1996-01-23 Moltech Invent S.A. Treating prebaked carbon components for aluminum production, the treated components thereof, and the components use in an electrolytic cell
US5472578A (en) * 1994-09-16 1995-12-05 Moltech Invent S.A. Aluminium production cell and assembly
US5753382A (en) * 1996-01-10 1998-05-19 Moltech Invent S.A. Carbon bodies resistant to deterioration by oxidizing gases
US6071388A (en) * 1998-05-29 2000-06-06 International Business Machines Corporation Electroplating workpiece fixture having liquid gap spacer
GB2371055A (en) * 2001-01-15 2002-07-17 Innovation And Technology Alum Anode for electrolysis of aluminium
RU2454490C1 (ru) * 2010-11-02 2012-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "Легкие металлы" Электролизер для производства алюминия
DE102011111331A1 (de) * 2011-08-23 2013-02-28 Esk Ceramics Gmbh & Co. Kg Titandiborid-Granulate als Erosionsschutz für Kathoden
AU2014334447A1 (en) * 2013-10-07 2016-05-19 Electro-Kinetic Solutions Inc. Method and apparatus for treating tailings using an AC voltage with a DC offset

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3407132A (en) * 1965-06-16 1968-10-22 Minnesota Mining & Mfg Floating anode
GB1169012A (en) * 1965-10-21 1969-10-29 Montedison Spa Furnace and Process for Producing, in Fused Bath, Metals from their Oxides, and Electrolytic Furnaces having Multiple Cells formed by Horizontal Bipolar Carbon Electrodes
NO764014L (pl) * 1975-12-31 1977-07-01 Aluminum Co Of America
CH635132A5 (de) * 1978-07-04 1983-03-15 Alusuisse Kathode fuer einen schmelzflusselektrolyseofen.
US4338177A (en) * 1978-09-22 1982-07-06 Metallurgical, Inc. Electrolytic cell for the production of aluminum
US4177128A (en) * 1978-12-20 1979-12-04 Ppg Industries, Inc. Cathode element for use in aluminum reduction cell
US4349427A (en) * 1980-06-23 1982-09-14 Kaiser Aluminum & Chemical Corporation Aluminum reduction cell electrode
CH648870A5 (de) * 1981-10-23 1985-04-15 Alusuisse Kathode fuer eine schmelzflusselektrolysezelle zur herstellung von aluminium.

Also Published As

Publication number Publication date
OA07274A (fr) 1984-04-30
GR77281B (pl) 1984-09-11
ES8402365A1 (es) 1984-01-16
EP0082096B1 (fr) 1985-08-21
ES517933A0 (es) 1984-01-16
NO157508C (no) 1988-03-30
NO824167L (no) 1983-06-13
NZ202697A (en) 1986-02-21
SU1205779A3 (ru) 1986-01-15
JPS58107491A (ja) 1983-06-27
PL239350A1 (en) 1983-06-20
AU9145982A (en) 1983-06-16
AU552985B2 (en) 1986-06-26
BR8207190A (pt) 1983-10-11
JPS6127474B2 (pl) 1986-06-25
US4532017A (en) 1985-07-30
CA1195950A (fr) 1985-10-29
YU268982A (en) 1985-03-20
FR2518124B1 (pl) 1984-02-17
ZA829064B (en) 1983-09-28
EP0082096A1 (fr) 1983-06-22
IN158855B (pl) 1987-02-07
FR2518124A1 (fr) 1983-06-17
HU191107B (en) 1987-01-28
DE3265665D1 (en) 1985-09-26
NO157508B (no) 1987-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
PL134338B1 (en) Self-aligning cathode member for electrolytically obtaining aluminium
US5254232A (en) Apparatus for the electrolytic production of metals
AU654309B2 (en) Electrode assemblies and multimonopolar cells for aluminium electrowinning
US4376690A (en) Cathode for a cell for fused salt electrolysis
CA2524848C (en) Cu-ni-fe anode for use in aluminum producing electrolytic cell
US4243502A (en) Cathode for a reduction pot for the electrolysis of a molten charge
US4392925A (en) Electrode arrangement in a cell for manufacture of aluminum from molten salts
US20070278107A1 (en) Anode for use in aluminum producing electrolytic cell
US9340887B2 (en) Systems and methods of protecting electrolysis cells
US4462886A (en) Cathode for a fused salt electrolytic cell
RU2642782C2 (ru) Системы и способы защиты боковых стенок электролизера
NO177108B (no) Aluminiumreduksjonscelle
CA1224746A (en) Cell for the refining of aluminum
WO1981002170A1 (en) Packed cathode bed for electrowinning metals from fused salts
US6800191B2 (en) Electrolytic cell for producing aluminum employing planar anodes
RU2679224C1 (ru) Термохимически стойкий анод для электролиза алюминия
US3178363A (en) Apparatus and process for production of aluminum and other metals by fused bath electrolysis
US4919782A (en) Alumina reduction cell
US4383910A (en) Alumina reduction cell
RU2055943C1 (ru) Способ получения алюминия электролизом криолитглиноземного расплава и электролизер для его осуществления
CA1223550A (en) Alumina reduction cell
RU2734512C1 (ru) Термохимически стойкий анод для электролиза алюминия
CN118715340A (zh) 先进的铝电解槽