RU2106431C1 - Charge for manufacturing inert anodes - Google Patents

Charge for manufacturing inert anodes Download PDF

Info

Publication number
RU2106431C1
RU2106431C1 RU96107162A RU96107162A RU2106431C1 RU 2106431 C1 RU2106431 C1 RU 2106431C1 RU 96107162 A RU96107162 A RU 96107162A RU 96107162 A RU96107162 A RU 96107162A RU 2106431 C1 RU2106431 C1 RU 2106431C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
charge
cuo
aluminum
inert anodes
carbon residue
Prior art date
Application number
RU96107162A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU96107162A (en
Inventor
В.В. Иванов
П.В. Поляков
В.А. Блинов
В.И. Кирко
В.И. Савинов
Original Assignee
Научно-исследовательский физико-технический институт
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 Научно-исследовательский физико-технический институт filed Critical Научно-исследовательский физико-технический институт
Priority to RU96107162A priority Critical patent/RU2106431C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2106431C1 publication Critical patent/RU2106431C1/en
Publication of RU96107162A publication Critical patent/RU96107162A/en

Links

Images

Landscapes

  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Abstract

FIELD: nonferrous metallurgy. SUBSTANCE: invention relates to charge for manufacturing inert anodes designed for producing metals via electrolysis of melts, in particular, for electrolytic aluminum production in cryolite-silica melts. Charge contains 73-83% NiO•NiFe2O4, 10-20% CuO, 2-12% copper powder, and 1-2% polymer solution (calculated for carbon residue), CuO to carbon residue weight ratio being (8-12):1 and percentage of introduced and formed (as calculated) metal phase in material being 15-20%. EFFECT: improved process quality of charge. 1 tbl

Description

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для изготовления инертных анодов для получения металлов электролизом расплавов, в частности для электролитического получения алюминия в криолит-глиноземных расплавах. The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy and can be used for the manufacture of inert anodes for producing metals by electrolysis of melts, in particular for the electrolytic production of aluminum in cryolite-alumina melts.

В последнее время в развитых странах интенсивно ведутся работы по созданию инертных анодов для замены углеродистых материалов при электролитическом получении алюминия, так как инертные аноды имеют ряд преимуществ по сравнению с углеродистыми: возможность работать с малыми межэлектродными расстояниями; компактная конструкция с меньшими тепловыми потерями; экологически чистое производство. Recently, in developed countries, intensive work is underway to create inert anodes for replacing carbon materials in the electrolytic production of aluminum, since inert anodes have several advantages over carbon ones: the ability to work with short interelectrode distances; compact design with less heat loss; environmentally friendly production.

Известен патент [1] на спеченные электроды с матрицей из оксида иттрия Y2O3 и других электропроводящих соединений и электро-каталитическим материалом на рабочей поверхности. Спеченное тело Y2O3 пропитывается раствором металлической соли, высушивается, нагревается в кислородной атмосфере для преобразования солей в желаемый оксид.Known patent [1] for sintered electrodes with a matrix of yttrium oxide Y 2 O 3 and other electrically conductive compounds and electro-catalytic material on the working surface. The sintered body of Y 2 O 3 is impregnated with a solution of a metal salt, dried, heated in an oxygen atmosphere to convert salts to the desired oxide.

Недостатками указанного анода являются: неэкономичность использования дефицитного и дорогого оксида иттрия, а также заметное растворение анода в криолит-глиноземном расплаве с последующим загрязнением алюминия иттрием. The disadvantages of this anode are: the inefficiency of using scarce and expensive yttrium oxide, as well as a noticeable dissolution of the anode in a cryolite-alumina melt, followed by aluminum contamination with yttrium.

Известны более сложные инертные аноды для анализа алюминия с основой из шпинели, перовскита, пирохлора, рутиловых оксидных структур и их смесей [2]. Лучшие характеристики имели аноды, полученные нанесением на спеченный блок NiO • Ta2O5 + NiO • NiB2O5 слоя La2Zr2O7.More complex inert anodes are known for the analysis of aluminum with spinel, perovskite, pyrochlore, rutile oxide structures and their mixtures [2]. The anodes obtained by depositing a NiO • Ta 2 O 5 + NiO • NiB 2 O 5 layer of La 2 Zr 2 O 7 on the sintered block had the best characteristics.

Применение дефицитных и дорогих материалов, а также недостаточно высокая электропроводность указанных анодов приводит к выводу о неприемлемости их использования в промышленном масштабе для производства алюминия. The use of scarce and expensive materials, as well as the insufficiently high electrical conductivity of these anodes, leads to the conclusion that their use on an industrial scale for the production of aluminum is unacceptable.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является состав инертного анода для электролитического получения алюминия в криолит-глиноземных расплавах [3]. Материалом анода служит кермет, спеченный из порошков оксидов NiO и NiFe2O4, в которые добавляют порошки металлического никеля 0,1 - 10% и меди 10 - 30%. Порошки смешивают, прессуют в пластину по форме анода и нагревают для образования монолитного образца. Удельная электропроводность получаемого материала составляет приблизительно 100 Ом-1 см-1.The closest set of essential features to the claimed invention is the composition of an inert anode for the electrolytic production of aluminum in cryolite-alumina melts [3]. The anode material is cermet sintered from powders of the oxides NiO and NiFe 2 O 4 , to which powders of metallic nickel 0.1–10% and copper 10–30% are added. The powders are mixed, pressed into a plate in the shape of an anode and heated to form a monolithic sample. The electrical conductivity of the resulting material is approximately 100 Ohm -1 cm -1 .

Недостатком известного метода является низкая электропроводность и, как следствие этого, большие затраты электроэнергии при электролизе алюминия, а также недостаточная коррозионная стойкость, что приводит к переходу компонентов катода в конечный продукт, т. е. к загрязнению алюминия. The disadvantage of this method is the low electrical conductivity and, as a consequence, the high cost of electricity during the electrolysis of aluminum, as well as insufficient corrosion resistance, which leads to the transition of the cathode components into the final product, i.e., to aluminum pollution.

Задачей настоящего изобретения является повышение электропроводности инертного анода, а также улучшение его коррозионной стойкости в расплавах электролита. В настоящее время условия электролиза алюминия в агрессивном расплавленном электролите на основе фтористых солей при высоких температурах 900 - 1000oC приводят к переходу компонентов инертного анода в электролит, а затем в конечный продукт - алюминий. Таким образом, решение задачи настоящего изобретения сводится к поиску такого состава и соотношения компонентов шихты, при которых получаются инертные аноды с минимальной скоростью коррозии, что приводит к получению чистого алюминия. Одновременно решается задача получения высокоэлектродного материала, что позволяет повысить выход по току - весьма важный технический показатель при электролизе расплавленных солей.The present invention is to increase the electrical conductivity of the inert anode, as well as improving its corrosion resistance in molten electrolyte. Currently, the conditions of aluminum electrolysis in an aggressive molten electrolyte based on fluoride salts at high temperatures of 900 - 1000 o C lead to the transition of the components of the inert anode to the electrolyte, and then to the final product - aluminum. Thus, the solution of the problem of the present invention is reduced to the search for such a composition and the ratio of the components of the mixture, in which inert anodes are obtained with a minimum corrosion rate, which leads to pure aluminum. At the same time, the task of obtaining a high-electrode material is being solved, which makes it possible to increase the current efficiency — a very important technical indicator in the electrolysis of molten salts.

Достигаемый при использовании изобретения технический результат возникает за счет того, что шихта для изготовления инертных анодов, содержащая оксиды никеля, железа и медный порошок, дополнительно содержит оксид меди и раствор органического полимера при следующем соотношении компонентов, мас.%
NiO • NiFe2O4 - 73 - 83
Порошок меди - 2 - 12
Оксид меди (II) - 10 - 20
Раствор полимера - 1 - 2 (по углеродному остатку)
причем соотношение вводимых в шихту оксида меди и раствора полимера (в пересчете на углеродный остаток) CuO:C составляет 8 - 12:1.
The technical result achieved by using the invention arises from the fact that the mixture for the manufacture of inert anodes containing nickel, iron oxides and copper powder additionally contains copper oxide and an organic polymer solution in the following ratio of components, wt.%
NiO • NiFe 2 O 4 - 73 - 83
Copper Powder - 2 - 12
Copper (II) oxide - 10 - 20
The polymer solution is 1 - 2 (by carbon residue)
moreover, the ratio of CuO: C introduced into the charge of copper oxide and polymer solution (in terms of carbon residue) is 8 - 12: 1.

От наиболее близкого аналога заявляемая шихта отличается тем, что дополнительно содержит оксид меди и раствор органического полимера при соотношении компонентов, мас.%:
NiO • NiFe2O4 - 73 - 83
Порошок меди - 2 - 12
Оксид меди (II) - 10 - 20
Раствор полимера - 1 - 2 (по углеродному остатку)
причем соотношение вводимых в шихту оксидов меди и раствора полимера (в пересчете на углеродный остаток) CuO:C составляет 8 - 12:1.
The claimed charge differs from the closest analogue in that it additionally contains copper oxide and an organic polymer solution with a ratio of components, wt.%:
NiO • NiFe 2 O 4 - 73 - 83
Copper Powder - 2 - 12
Copper (II) oxide - 10 - 20
The polymer solution is 1 - 2 (by carbon residue)
moreover, the ratio of copper oxides and polymer solution introduced into the charge (in terms of the carbon residue) of CuO: C is 8 - 12: 1.

При смешивании шихты в смесителе частицы твердых компонентов покрываются слоем органического полимера. При нагреве шихты происходит термолиз полимера с образованием углерода и легколетучих составляющих. Легколетучие продукты термолиза удаляются, а тонкодисперсный углерод восстанавливает оксид меди и частично оксиды никеля и железа до элементарных металлов. Раствор полимера одновременно играет роль связующего при формовании изделия. Равномерно распределенные в теле анода металлические частицы меди, никеля и железа при повышенных температурах ( > 950oC) образуют непрерывный каркас, который определяет высокую электропроводность всего изделия в целом, что приводит к увеличению выхода по току.When mixing the mixture in the mixer, the particles of solid components are coated with a layer of organic polymer. When the mixture is heated, thermolysis of the polymer occurs with the formation of carbon and volatile components. Volatile thermolysis products are removed, and finely dispersed carbon reduces copper oxide and partially nickel and iron oxides to elemental metals. The polymer solution simultaneously plays the role of a binder in the formation of the product. Evenly distributed in the body of the anode, metal particles of copper, nickel and iron at elevated temperatures (> 950 o C) form a continuous framework, which determines the high electrical conductivity of the whole product as a whole, which leads to an increase in current efficiency.

Соотношение компонентов шихты подбирается таким образом, чтобы достигнуть минимальных скоростей коррозии. Коррозионную способность материала характеризует плотность остаточного тока I (ток коррозии), который определяется из поляризационной кривой, причем, с повышением плотности остаточного тока I коррозионная стойкость падает, и в катодный алюминий переходит большое количество примесей. Соотношение оксида меди и раствора полимера в шихте предлагается из расчета полного расходования углерода смолы на восстановление CuO. При соотношении CuO:углеродный остаток больших, чем 12:1 не весь оксид меди восстанавливается до металла, а при соотношениях меньше, чем 8:1 начинается восстановление в заметных количествах оксидов железа и никеля в процессе электролиза. The ratio of the components of the mixture is selected in such a way as to achieve minimum corrosion rates. The corrosion ability of the material is characterized by the density of the residual current I (corrosion current), which is determined from the polarization curve, and, with increasing density of the residual current I, the corrosion resistance decreases, and a large amount of impurities passes into the cathode aluminum. The ratio of copper oxide and the polymer solution in the mixture is proposed based on the total consumption of resin carbon for the reduction of CuO. With a CuO: carbon residue ratio greater than 12: 1, not all copper oxide is reduced to metal, and with ratios less than 8: 1, reduction in noticeable amounts of iron and nickel oxides begins during electrolysis.

Для экспериментальной проверки заявляемого состава шихты были подготовлены несколько смесей ингредиентов (см. таблицу). В качестве углеродсодержащего восстановителя и связующего использовали 50% раствор фенолформальдегидной смолы в ацетоне. При большем содержании смолы раствор получается слишком вязким и не дает качественного смачивания порошков. For experimental verification of the claimed composition of the mixture, several mixtures of ingredients were prepared (see table). A 50% solution of phenol-formaldehyde resin in acetone was used as a carbon-containing reducing agent and a binder. With a higher resin content, the solution is too viscous and does not provide high-quality wetting of the powders.

Для составления шихты использовали медный порошок марки ПМС-А, оксиды меди, никеля и железа квалификации "ЧДА". Шихту получали смешиванием компонентов в фарфоровой ступке. Из полученной шихты прессовали образцы 5 • 5 • 40 мм и спекали их в атмосфере аргона, медленно (за 16 ч) нагревали до 1075oC с 2-х часовой выдержкой при этой температуре. Затем образцы за 2 ч нагревали до 1300oC, выдерживали восемь часов и охлаждали вместе с печью. При меньших температурах и времени спекания образцы не получались со стабильными свойствами и имели значительную пористость. У полученных однородных образцов измеряли удельную электропроводность κ и плотность остаточного тока I (ток коррозии) при термодинамическом потенциале выделения кислорода, являющегося характеристикой коррозионной стойкости материала.For the preparation of the mixture used copper powder grade PMS-A, oxides of copper, nickel and iron qualification "CHDA". The mixture was obtained by mixing the components in a porcelain mortar. Samples of 5 • 5 • 40 mm were pressed from the resulting mixture and sintered in an argon atmosphere; they were slowly (16 hours) heated to 1075 ° C with a 2-hour exposure at this temperature. Then the samples for 2 hours were heated to 1300 o C, kept for eight hours and cooled with the oven. At lower temperatures and sintering times, the samples were not obtained with stable properties and had significant porosity. The homogeneous samples obtained were used to measure the electrical conductivity κ and the residual current density I (corrosion current) at the thermodynamic potential of oxygen evolution, which is a characteristic of the corrosion resistance of the material.

В таблице представлены значения κ и I образцов с различным соотношением ингредиентов и известного состава. The table shows the values of κ and I samples with different ratios of ingredients and known composition.

Разброс значений электропроводности образцов одинакового состава не превышал, как правило, 20%. В таблице приведены средние значения из 3 - 4 опытов. The scatter in the electrical conductivity of samples of the same composition did not exceed, as a rule, 20%. The table shows the average values from 3 to 4 experiments.

Из данных таблицы следует, что шихта предлагаемых составов (3, 5, 11) обеспечивает получение инертных анодов, обладающих более высокой удельной электропроводностью, что соответственно обеспечивает экономию электроэнергии при электролизе алюминия из криолит-глиноземных расплавов, повышает выход по току и энергии. From the data of the table it follows that the mixture of the proposed compositions (3, 5, 11) provides inert anodes with a higher electrical conductivity, which accordingly provides energy savings in the electrolysis of aluminum from cryolite-alumina melts, increases the current efficiency and energy.

Эксперименты показали, что количество вводимой и образующейся (по расчету) металлической фазы в материале должно составлять 15 - 20%. При меньших, чем 15% содержаниях металлической фазы, не обеспечивается металлическая проводимость материала, а при больших, чем 20% содержания металла, существенно возрастает плотность остаточного тока, что приводит к загрязнению катодного алюминия компонентами анода. The experiments showed that the amount of introduced and formed (calculated) metal phase in the material should be 15 - 20%. At less than 15% contents of the metal phase, the metal conductivity of the material is not ensured, and at higher than 20% metal contents, the density of the residual current increases significantly, which leads to contamination of the cathode aluminum by the components of the anode.

Анализ примесей в катодном алюминии показал, что при значениях тока коррозии 15 мА/см2 и ниже достигается высокий технический результат: содержание основного вещества в катодном алюминии составляет 99,0% и выше. Первичный алюминий с содержанием основного вещества 99,0% находит применение в промышленности без дальнейшей очистки.An analysis of impurities in cathode aluminum showed that with a corrosion current of 15 mA / cm 2 and lower, a high technical result is achieved: the content of the main substance in cathode aluminum is 99.0% and higher. Primary aluminum with a basic substance content of 99.0% is used in industry without further purification.

Литература
1. V. De Nora, F.M.Spaziante, F. Nidola (Diamond Shamrock Texhnogies S. A.) U.S.Pat, 4.098.669 (1978)/
2. K.Billehaug, H.A.Dye. Inert anodes for fluminium electrolysis in Hall-heroult cells-Aluminium, 1981, N 3, p.p. 228 - 231.
Literature
1. V. De Nora, FMSpaziante, F. Nidola (Diamond Shamrock Texhnogies SA) USPat, 4.098.669 (1978) /
2. K. Billehaug, HADye. Inert anodes for fluminium electrolysis in Hall-heroult cells-Aluminum, 1981, N 3, pp 228 - 231.

3. Cermet anode compositipns with high contnt allou phase: Пат. США 4.871.438, МКИ4 C 25 B 11/04. Marsohman Steveo, Davis Normanc. Batelle Mtmorial Instr. - N 116474, заявл. 03.11.87 г., опубл. 03.10.89 г., НКИ 204/291 (РЖ "Металлургия", 1991, N 5, реф. 5Г 263П).3. Cermet anode compositipns with high contnt allou phase: Pat. USA 4.871.438, MKI 4 C 25 B 11/04. Marsohman Steveo, Davis Normanc. Batelle Mtmorial Instr. - N 116474, declared. 11/03/87, publ. 10/03/89, NKI 204/291 (RZ "Metallurgy", 1991, N 5, ref. 5G 263P).

Claims (1)

Шихта для изготовления инертных анодов, включающая NiO • NiFe2O4, порошковую медь, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит CuO и раствор органического полимера при следующем соотношении компонентов, мас.%:
NiO • NiFe2O4 - 73 - 83
CuO - 10 - 20
Порошок меди - 2 - 12
Раствор полимера - 1 - 2 (по углеродному остатку)
причем соотношение CuO : углеродный остаток равно 8-12 : 1, а количество вводимой и образующейся по расчету металлической фазы в материале 15-20%.
The mixture for the manufacture of inert anodes, including NiO • NiFe 2 O 4 , copper powder, characterized in that it additionally contains CuO and a solution of an organic polymer in the following ratio, wt.%:
NiO • NiFe 2 O 4 - 73 - 83
CuO - 10 - 20
Copper Powder - 2 - 12
The polymer solution is 1 - 2 (by carbon residue)
moreover, the ratio of CuO: carbon residue is 8-12: 1, and the amount of introduced and formed by calculation of the metal phase in the material is 15-20%.
RU96107162A 1996-04-04 1996-04-04 Charge for manufacturing inert anodes RU2106431C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96107162A RU2106431C1 (en) 1996-04-04 1996-04-04 Charge for manufacturing inert anodes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96107162A RU2106431C1 (en) 1996-04-04 1996-04-04 Charge for manufacturing inert anodes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2106431C1 true RU2106431C1 (en) 1998-03-10
RU96107162A RU96107162A (en) 1998-05-27

Family

ID=20179277

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96107162A RU2106431C1 (en) 1996-04-04 1996-04-04 Charge for manufacturing inert anodes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2106431C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2537622C1 (en) * 2013-06-21 2015-01-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук Composition of charge for manufacture of oxide-metal inert anode

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
2. K.Billehang et al. Inert anodes for aluminium electrolys in Hall-Heroult cells. - Aluminium, 1981, N 3, p. 228-231. 3. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2537622C1 (en) * 2013-06-21 2015-01-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук Composition of charge for manufacture of oxide-metal inert anode

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Olsen et al. Nickel ferrite as inert anodes in aluminium electrolysis: Part I Material fabrication and preliminary testing
AU606355B2 (en) Cerium containing ceramic/metal composite material
US3028324A (en) Producing or refining aluminum
US5865980A (en) Electrolysis with a inert electrode containing a ferrite, copper and silver
US6372119B1 (en) Inert anode containing oxides of nickel iron and cobalt useful for the electrolytic production of metals
CA1240635A (en) Cell component for an electrolytic aluminum production cell
US4871438A (en) Cermet anode compositions with high content alloy phase
CN100507091C (en) Metal-base composite material inert anode for aluminium electrolysis and preparation method thereof
US3974046A (en) Process for the electrolysis of a molten charge using inconsumable anodes
GB2069529A (en) Cermet anode for electrowinning metals from fused salts
US4871437A (en) Cermet anode with continuously dispersed alloy phase and process for making
US3215615A (en) Current conducting element for aluminum production cells
CN1203217C (en) Metal base aluminium electrolytic inert anode and its preparation method
KR20020091046A (en) Cermet inert anode for use in the electrolytic production of metals
CA2388908C (en) Inert anode containing oxides of nickel, iron and zinc useful for the electrolytic production of metal
JPS6025511B2 (en) Electrode for molten salt electrolysis with electrocatalytic coating layer
RU2336369C2 (en) Method of fabricating inert anode for production of aluminium by means of electrolisis in melt
US4097567A (en) Titanium diboride shapes
US4462889A (en) Non-consumable electrode for molten salt electrolysis
ZA200604572B (en) Stable anodes including iron oxide and use of such anodes in metal production cells
US6030518A (en) Reduced temperature aluminum production in an electrolytic cell having an inert anode
CN1298892C (en) Aluminium electrolyzing inert anode of Fe base aluminium oxide composite material and its preparing method
RU2106431C1 (en) Charge for manufacturing inert anodes
EP0115689A2 (en) Reactionsintered oxide-boride ceramic body and use thereof in electrolytic cell in aluminum production
SE425804B (en) PROCEDURE FOR ELECTROLYST OF A LIQUID ELECTROLYT BETWEEN AN ANOD AND A CATHOD