RU2241073C2 - Carbon anode of electrolyzer - Google Patents
Carbon anode of electrolyzer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2241073C2 RU2241073C2 RU2003104043/02A RU2003104043A RU2241073C2 RU 2241073 C2 RU2241073 C2 RU 2241073C2 RU 2003104043/02 A RU2003104043/02 A RU 2003104043/02A RU 2003104043 A RU2003104043 A RU 2003104043A RU 2241073 C2 RU2241073 C2 RU 2241073C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- binder
- anode
- layer
- powder
- chrome
- Prior art date
Links
Landscapes
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
- Prevention Of Electric Corrosion (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к производству кальция электролитическим методом и может быть применено в других производствах цветной металлургии, использующих хлориды металлов в качестве сырья при электролизе.The invention relates to the production of calcium by the electrolytic method and can be used in other non-ferrous metallurgy industries using metal chlorides as raw materials for electrolysis.
Анод кальциевого электролизера представляет собой сборку из углеродных блоков размером 300×300×900 мм с прямоугольной призмой в верхней части, к которой с помощью болтовых соединений крепится токоподводящая металлическая траверса. На общей металлической траверсе собирается анодная сборка, состоящая из двенадцати углеродных блоков.The anode of the calcium electrolyzer is an assembly of carbon blocks 300 × 300 × 900 mm in size with a rectangular prism in the upper part, to which a current-carrying metal crosshead is attached using bolted connections. An anode assembly consisting of twelve carbon blocks is assembled on a common metal traverse.
Применяемые конструкции анодных сборок (Доронин Н.А. Металлургия кальция, М.: Атомиздат, 1959 г., Доронин Н.А. Кальций, М.: Атомиздат, 1962 г.) обладают двумя существенными недостатками:The applied designs of anode assemblies (Doronin N.A. Calcium metallurgy, M .: Atomizdat, 1959, Doronin N.A. Calcium, M .: Atomizdat, 1962) have two significant drawbacks:
- потерей электроэнергии в зоне контакта траверса - графит, увеличивающейся в процессе эксплуатации электролизера с 70-100 до 300 мВ через 1 месяц работы;- loss of electricity in the contact zone of the beam - graphite, which increases during operation of the cell from 70-100 to 300 mV after 1 month of operation;
- недостаточным ресурсом работы анодного узла, обусловленным как разрушением, так и выгоранием графита над зоной “зеркало” электролита - хлорвоздушная газовая смесь. При температуре электролиза ~700°С ресурс работы анодной сборки составляет в среднем 3 месяца. Дальнейшее выгорание графита приводит к неравномерному разрушению отдельных углеродных блоков анодной сборки и выпадению его в электролизную ванну, что создает аварийную ситуацию.- insufficient resource for the operation of the anode assembly, due to both destruction and burnout of graphite over the electrolyte “mirror” zone — chlorine-air gas mixture. At an electrolysis temperature of ~ 700 ° C, the life of the anode assembly is on average 3 months. Further burning of graphite leads to uneven destruction of individual carbon blocks of the anode assembly and its precipitation into the electrolysis bath, which creates an emergency.
Известна также конструкция углеродного анода электролизера с поверхностным защитным слоем, состоящим из соединений бора (борная кислота, окись бора, соли борной кислоты). Для формирования такого слоя необходимо проведение специального обжига анода с защитным слоем (патент №2155826, кл. С 25 С 3/12, 7/02, 2000). Недостатками такой конструкции применительно к электролизу для получения кальция являются наличие в слое бора, что недопустимо при получении кальция, а также необходимость специального обжига анода, что повышает энергетические затраты, увеличивает предпусковой период и требует специального оборудования.Also known is the design of the carbon anode of the electrolyzer with a surface protective layer consisting of boron compounds (boric acid, boron oxide, salts of boric acid). For the formation of such a layer, it is necessary to carry out special firing of the anode with a protective layer (patent No. 2155826, class C 25 C 3/12, 7/02, 2000). The disadvantages of this design in relation to electrolysis for the production of calcium are the presence in the boron layer, which is unacceptable when receiving calcium, as well as the need for special burning of the anode, which increases energy costs, increases the pre-start period and requires special equipment.
Известна также конструкция углеродного анода электролизера с поверхностным защитным слоем из смеси алюминия с оксидом алюминия. В процессе эксплуатации пластичный алюминий удерживается в каркасе из оксида алюминия. Недостатками конструкции являются сложность получения равномерного защитного слоя, наносимого распылением жидкого алюминия в воздушной среде, а также сложность и ненадежность имеющегося распылительного оборудования (Авторское свидетельство СССР №583199, кл. С 25 С 7/00, С 25 В 11/12, С 01 В. 1977).Also known is the design of the carbon anode of the electrolyzer with a surface protective layer of a mixture of aluminum with aluminum oxide. During operation, ductile aluminum is held in an aluminum oxide frame. Design disadvantages are the difficulty of obtaining a uniform protective layer applied by spraying liquid aluminum in air, as well as the complexity and unreliability of existing spray equipment (USSR Author's Certificate No. 583199, class C 25 C 7/00, C 25 V 11/12, C 01 B. 1977).
Наиболее близким аналогом является углеродный анод электролизера, содержащий токоподводящий узел в виде металлической траверсы и прикрепленный к ней анодный блок, поверхностный слой которого пропитан ортофосфорной кислотой (Родякин В.В. Кальций, его соединения и сплавы. М.: Металлургия, 1967, с. 84-85).The closest analogue is the carbon anode of the electrolyzer, containing a current-carrying unit in the form of a metal traverse and an anode block attached to it, the surface layer of which is impregnated with orthophosphoric acid (Rodyakin V.V. Calcium, its compounds and alloys. M: Metallurgy, 1967, p. 84-85).
Заявляемое изобретение решает задачу увеличения ресурса работы анодного узла электролизера и уменьшения потерь электроэнергии в контактном токопроводящем узле.The claimed invention solves the problem of increasing the service life of the anode assembly of the electrolyzer and reducing energy losses in the contact conductive assembly.
Технический результат достигается тем, что в отличие от прототипа, содержащего токоподводящий узел в виде металлической траверсы и прикрепленный к ней анодный блок с пропитанным ортофосфорной кислотой поверхностным слоем, в предлагаемой конструкции между токоподводящими поверхностями металлической траверсы и графитового анода располагается специальная токопроводящая прослойка, а для защиты от окисления нанесен защитный антикоррозионный слой толщиной 0,3-0,4 мм.The technical result is achieved by the fact that, in contrast to the prototype, which contains a lead-in assembly in the form of a metal traverse and an anode block attached to it with an orthophosphoric acid-impregnated surface layer, a special conductive layer is located between the current-conducting surfaces of the metal cross-arm and the graphite anode, and for protection a protective anticorrosion layer 0.3-0.4 mm thick is applied against oxidation.
Технический результат достигается также за счет того, что токопроводящая склеивающая прослойка толщиной 0,5-1,0 мм состоит из токопроводящего порошка графита с размером частиц менее 100 мкм и фенольного связующего. Соотношение графитового наполнителя и связующего 3:2. Предварительно подготовленная графитофенольная смесь наносится на всю поверхность анодной сборки, контактирующей с траверсой. Сопряжение траверсы с графитовыми блоками осуществляется болтовым соединением. При монтаже контактного узла не требуется предварительной подготовки поверхности и последующей специальной термообработки зоны соединения. Удельное электросопротивление склеивающей прослойки составляет (10-15)·10-6 Ом·м, что практически равно электросопротивлению материала графитового анода и фактически не изменяется в процессе работы электролизера.The technical result is also achieved due to the fact that the conductive bonding interlayer with a thickness of 0.5-1.0 mm consists of a conductive graphite powder with a particle size of less than 100 microns and a phenolic binder. The ratio of graphite filler and binder 3: 2. A pre-prepared graphitophenol mixture is applied to the entire surface of the anode assembly in contact with the traverse. The traverse is coupled with graphite blocks by bolting. When mounting the contact node, preliminary surface preparation and subsequent special heat treatment of the joint zone are not required. The specific electrical resistance of the bonding layer is (10-15) · 10 -6 Ohm · m, which is almost equal to the electrical resistance of the graphite anode material and actually does not change during the operation of the electrolyzer.
Соотношение графитового наполнителя и фенольного связующего определено экспериментально. При заданном размере частиц и содержании графитового порошка в склеивающей прослойке равномерно по всей площади склеивания образуются графитовые электропроводные “мостики” при хорошем сцеплении склеивающей прослойки как с поверхностью анода, так и с поверхностью металлической траверсы, обеспечиваемой фенольным связующим.The ratio of graphite filler and phenolic binder is determined experimentally. For a given particle size and the content of graphite powder in the bonding layer, graphite electrically conductive “bridges” are formed evenly over the entire bonding area with good adhesion of the bonding layer both to the surface of the anode and to the surface of the metal cross-beam provided by the phenolic binder.
Достижению технического результата способствует и то, что защитный антикоррозионный слой состоит из алюмосиликатного порошкового наполнителя с размером частиц менее 100 мкм и 30%-ного водного раствора алюмохромфосфатного связующего. Соотношение наполнителя и связующего 1:1. Алюмосиликатный наполнитель обеспечивает высокую жаростойкость защитного антикоррозионного слоя в хлорвоздушной газовой среде вплоть до температуры 700-900°С, а алюмохромфосфатное связующее, наряду с высокой жаростойкостью, обеспечивает хорошее сцепление защитного антикоррозионного слоя с графитовой основой. Отверждение слоя происходит либо при комнатной температуре, либо нагревом открытым пламенем одновременно с пусковым прогревом электролизной ванны, предусмотренным режимом работы электролизера. Использование 30%-ного водного раствора связующего обеспечивает равномерное распределение смеси по графитовой поверхности при ее нанесении, а применение наполнителя с размером частиц менее 100 мкм снижает пористость защитного антикоррозионного слоя. Выбранное соотношение алюмосиликатного наполнителя и алюмохромфосфатного связующего обеспечивает оптимальную жаростойкость покрытия при температуре работы электролизера и хорошие адгезионные свойства защитного антикоррозионного слоя с поверхностью графитового анода.The achievement of the technical result is also facilitated by the fact that the protective anticorrosion layer consists of an aluminosilicate powder filler with a particle size of less than 100 microns and a 30% aqueous solution of an aluminochromophosphate binder. The ratio of filler and binder is 1: 1. The aluminosilicate filler provides high heat resistance of the protective anticorrosive layer in a chlorine-air gas medium up to a temperature of 700-900 ° C, and the aluminochromophosphate binder, along with high heat resistance, provides good adhesion of the protective anticorrosive layer to the graphite base. The curing of the layer occurs either at room temperature or by heating with an open flame simultaneously with the starting heating of the electrolysis bath, provided for by the operation mode of the electrolyzer. The use of a 30% aqueous binder solution ensures uniform distribution of the mixture over the graphite surface when it is applied, and the use of a filler with a particle size of less than 100 microns reduces the porosity of the protective anti-corrosion layer. The selected ratio of aluminosilicate filler and aluminochromophosphate binder provides optimal heat resistance of the coating at the operating temperature of the electrolyzer and good adhesive properties of the protective anticorrosive layer with the surface of the graphite anode.
Нанесение защитного антикоррозионного слоя осуществляется следующим образом. Поверхность анодных блоков зачищается от налипших частиц графита и посторонних предметов. Предварительно приготовленная смесь алюмосиликата и 30%-ного водного раствора алюмохромфосфатного связующего в соотношении 1:1 наносится кистью на зачищаемую поверхность анода. После высыхания при комнатной температуре наносятся поочередно второй и третий слои так, чтобы общая толщина слоя составляла 0,3-0,4 мм. Затем в процессе пускового прогрева электролизной ванны открытым пламенем происходит отверждение и формирование защитного слоя. При этом температура не превышает 600°С. Окончательное формирование антикоррозионного слоя происходит в процессе эксплуатации электролизера.The application of a protective anti-corrosion layer is as follows. The surface of the anode blocks is cleaned of adhering particles of graphite and foreign objects. A pre-prepared mixture of aluminosilicate and a 30% aqueous solution of aluminochromophosphate binder in a ratio of 1: 1 is applied with a brush to the cleaned surface of the anode. After drying at room temperature, the second and third layers are applied alternately so that the total thickness of the layer is 0.3-0.4 mm. Then, in the process of starting heating of the electrolysis bath with an open flame, curing and formation of a protective layer occurs. Furthermore, the temperature does not exceed 600 ° C. The final formation of the anticorrosion layer occurs during the operation of the electrolyzer.
Преимущества заявляемого изобретения иллюстрируются следующими примерами.The advantages of the claimed invention are illustrated by the following examples.
Пример 1: В промышленных электролизных ваннах №31 и №32 предприятия были установлены графитовые анодные блоки с пропиткой ортофосфорной кислотой и токоподводящими траверсами со склеивающей токоподводящей прокладкой из отходов пищевой промышленности (патока). Режим работы электролизера: ток 22-23 кА, напряжение 8-9 В. Ресурс работы составил 94 суток. Потери (падение напряжения) в контактном токоподводящем узле в начале работы составили 110-140 мВ, а после 90 суток работы - 300 мВ. Таким образом, падение напряжения увеличилось почти в 3 раза.Example 1: In industrial electrolysis baths No. 31 and No. 32 of the enterprise, graphite anode blocks were installed with phosphoric acid impregnation and current-carrying traverses with a gluing current-conducting strip from waste from the food industry (molasses). Electrolyzer operation mode: current 22-23 kA, voltage 8-9 V. The service life was 94 days. Losses (voltage drop) in the contact current-supply unit at the beginning of operation amounted to 110-140 mV, and after 90 days of operation - 300 mV. Thus, the voltage drop increased by almost 3 times.
Пример 2: В промышленных электролизных ваннах №29 и №30 были установлены выполненные по заявляемому изобретению графитовые анодные блоки с защитным антикоррозионным слоем на основе алюмосиликата и алюмохромфосфатного связующего и токоподводящими металлическими траверсами с использованием склеивающих токопроводящих прокладок на основе графитового наполнителя и фенольного связующего. Режим работы электролизера: ток 22-23 кА, напряжение 8-9 В. Ресурс работы составил 120 суток. Потери (падение напряжения) в контактном токоподводящем узле в начале работы составили 100-110 мВ и практически не изменились за весь срок работы.Example 2: In industrial electrolysis baths No. 29 and No. 30, graphite anode blocks made according to the invention were installed with a protective anticorrosive layer based on aluminosilicate and an aluminum chromophosphate binder and current-carrying metal cross beams using adhesive conductive gaskets based on graphite filler and phenolic binder. The operation mode of the electrolyzer: current 22-23 kA, voltage 8-9 V. The service life was 120 days. Losses (voltage drop) in the contact current-supply unit at the beginning of operation amounted to 100-110 mV and practically did not change over the entire period of operation.
Как видно из приведенных примеров, при использовании предлагаемого изобретения:As can be seen from the above examples, when using the invention:
- ресурс работы анодной сборки электролизера увеличился на 20%;- the life of the anode assembly of the cell increased by 20%;
- потери электроэнергии в контактном токоподводящем узле в процессе работы электролизера сократились почти в 1,5-2,0 раза.- Electricity losses in the contact current-supplying unit during the operation of the electrolyzer decreased by almost 1.5-2.0 times.
Кроме того, используемые сырьевые материалы дешевы и недефицитны, технология изготовления защитного антикоррозионного слоя и склеивающей токопроводящей прослойки проста и не требует специального оборудования.In addition, the raw materials used are cheap and non-deficient, the manufacturing technology of a protective anticorrosive layer and a bonding conductive layer is simple and does not require special equipment.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003104043/02A RU2241073C2 (en) | 2003-02-11 | 2003-02-11 | Carbon anode of electrolyzer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003104043/02A RU2241073C2 (en) | 2003-02-11 | 2003-02-11 | Carbon anode of electrolyzer |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003104043A RU2003104043A (en) | 2004-08-10 |
RU2241073C2 true RU2241073C2 (en) | 2004-11-27 |
Family
ID=34310396
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003104043/02A RU2241073C2 (en) | 2003-02-11 | 2003-02-11 | Carbon anode of electrolyzer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2241073C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115536438A (en) * | 2021-06-30 | 2022-12-30 | 河南晶城新科技材料有限公司 | High-temperature oxidation resistant composite material, preparation method thereof and anode for aluminum electrolysis |
RU216406U1 (en) * | 2022-10-31 | 2023-02-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") | Carbon-porous flow electrode for the extraction of chromium from aggressive solutions |
-
2003
- 2003-02-11 RU RU2003104043/02A patent/RU2241073C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
РОДЯКИН В.В. Кальций, его соединения и сплавы. - М.: Металлургия, 1967,с.84-85. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115536438A (en) * | 2021-06-30 | 2022-12-30 | 河南晶城新科技材料有限公司 | High-temperature oxidation resistant composite material, preparation method thereof and anode for aluminum electrolysis |
RU216406U1 (en) * | 2022-10-31 | 2023-02-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") | Carbon-porous flow electrode for the extraction of chromium from aggressive solutions |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU747068B2 (en) | Method for producing hard protection coatings on articles made of aluminium alloys | |
EP0047595B1 (en) | Electrochemical cell | |
EP3637551A1 (en) | Joint of copper terminal and aluminium conductor and ultrasonic welding method thereof | |
CN102268689B (en) | Titanium-based oxide acid resistant anode and preparation method thereof | |
US5521029A (en) | Current collecting elements | |
KR20150125981A (en) | coated overhead conductors and methods | |
Mohammadi et al. | Electrochemical reactions on metal-matrix composite anodes for metal electrowinning | |
EP0188643B1 (en) | Method of reducing the loss of carbon from anodes when producing aluminium by electrolytic smelting, and an inert anode top for performing the method | |
CN101250716A (en) | Acid-fast anode | |
CN101250715A (en) | Method for manufacturing acid resistant anode | |
RU2241073C2 (en) | Carbon anode of electrolyzer | |
USRE28820E (en) | Method of making an electrode having a coating containing a platinum metal oxide thereon | |
DD142360A1 (en) | PROCESS FOR PRODUCTION ALPHA-AL DEEP 2 O 3-DAY LAYERS ON ALUMINUM METALS | |
JPS60221591A (en) | Manufacture of fluorine | |
KR101501649B1 (en) | Anode for electroplating or electrolysis having cnt-ti combined structure and method for manufacturing the same | |
RU2724236C9 (en) | Method of protecting cathode blocks of aluminum electrolysis cells with burned anodes, a protective composition and a coating | |
CN1014762B (en) | Binding type electrically-heating body and making technique thereof | |
JP3136300B2 (en) | Conductive ceramics, method for producing conductive ceramics film, method for producing conductive ceramics molded product, composition for forming conductive ceramics, and electric heating element | |
RU2387743C2 (en) | Electric contact unit of electrolyser for aluminium production and procedure for assembly of electric contact unit | |
CN1163323A (en) | Energy control method for plasma enhanced electrochemical formation of cermet | |
CN1349371A (en) | Electromolded electrothermal alloy element and its making process | |
CN219181707U (en) | Plate type electrothermal film heater | |
CN112760688B (en) | Electrolyte solution for carbon plating and preparation and use methods thereof | |
WO1998017845A1 (en) | Electrolyzer | |
CN111092368B (en) | Preparation and installation process of graphene composite lightning rod |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090212 |