RU2299278C2 - Wettable coating on aluminum cell hearth applying method - Google Patents

Wettable coating on aluminum cell hearth applying method Download PDF

Info

Publication number
RU2299278C2
RU2299278C2 RU2005124262/02A RU2005124262A RU2299278C2 RU 2299278 C2 RU2299278 C2 RU 2299278C2 RU 2005124262/02 A RU2005124262/02 A RU 2005124262/02A RU 2005124262 A RU2005124262 A RU 2005124262A RU 2299278 C2 RU2299278 C2 RU 2299278C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coating
aluminum
boron
deposition
cryolite
Prior art date
Application number
RU2005124262/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Артем Михайлович Абакумов (RU)
Артем Михайлович Абакумов
Анастаси Михайловна Алексеева (RU)
Анастасия Михайловна Алексеева
Евгений Викторович Антипов (RU)
Евгений Викторович Антипов
Сергей Юрьевич Васильев (RU)
Сергей Юрьевич Васильев
Виктор Владимирович Иванов (RU)
Виктор Владимирович Иванов
Нелли Ракиповна Хасанова (RU)
Нелли Ракиповна Хасанова
Галина Александровна Цирлина (RU)
Галина Александровна Цирлина
Виталий Валерьевич Пингин (RU)
Виталий Валерьевич Пингин
Дмитрий Александрович Симаков (RU)
Дмитрий Александрович Симаков
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Инженерно-технологический центр"
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 Общество с ограниченной ответственностью "Инженерно-технологический центр" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Инженерно-технологический центр"
Priority to RU2005124262/02A priority Critical patent/RU2299278C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2299278C2 publication Critical patent/RU2299278C2/en

Links

Landscapes

  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Abstract

FIELD: non-ferrous metallurgy, namely production of aluminum by electrolysis of cryolite-alumina melts.
SUBSTANCE: method is realized during period of starting electrolysis bath directly from industrial cryolite-alumina electrolyte containing additives being sources of boron, titanium and(or) zirconium at condition when simultaneous deposition of metallic aluminum is not realized. Characteristics are set according to type and concentration of target or modifying additives added to electrolyte, electric current density values, cryolite relation, temperature and duration of deposition process. With use of measuring and monitoring instruments it is registered, mainly (more than 90%) deposition of diborides in coating together with presence of small quantities of associated chemical compounds. Liquid aluminum rapidly and totally wets surfaces of coated samples of carbon-graphite cathode blocks.
EFFECT: possibility for providing dense coating layer highly bonded with surface of cell hearth.
4 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к производству алюминия электролизом криолит-глиноземных расплавов в электролизерах, где днище (подина) служит катодом, который изготовляется из угольно-графитовых блоков. Поверхность угольно-графитовых блоков не смачивается выделяющимся жидким металлическим алюминием, что создает известные технологические проблемы (магнитогидродинамическая нестабильность слоя металла, повышенный износ блоков и т.д.), а также сокращает срок службы промышленных агрегатов за счет пропитки и проникновения фтористых солей через катодные блоки к оксидной футеровке, способствует деградации блоков из-за «натриевого расширения». Одним из эффективных методов устранения указанных недостатков является создание смачиваемого алюминием покрытия на подине электролизера из стойких к расплавам алюминия и электролита материалов. Лидерами среди материалов-кандидатов по стойкости в жидком алюминии, с учетом разумной стоимости считаются бориды тугоплавких металлов, в частности титана и циркония - электропроводные материалы с высокой твердостью, сопротивлением окислению и достаточным уровнем адгезии к жидкому алюминию.The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, in particular to the production of aluminum by electrolysis of cryolite-alumina melts in electrolyzers, where the bottom (bottom) serves as a cathode, which is made from coal-graphite blocks. The surface of carbon-graphite blocks is not wetted by the liquid aluminum metal that is released, which creates known technological problems (magneto-hydrodynamic instability of the metal layer, increased wear of blocks, etc.), and also reduces the service life of industrial units due to the impregnation and penetration of fluoride salts through the cathode blocks to oxide lining, contributes to the degradation of blocks due to "sodium expansion". One of the effective methods for eliminating these drawbacks is to create an aluminum-wettable coating on the bottom of the electrolytic cell from materials resistant to molten aluminum and electrolyte. Borders of refractory metals, in particular titanium and zirconium - electrically conductive materials with high hardness, oxidation resistance and a sufficient level of adhesion to liquid aluminum are considered the leaders among the candidate materials for resistance in liquid aluminum, taking into account a reasonable cost.

Запатентовано множество способов и составов для создания смачиваемых покрытий подины путем нанесения слоя краски или мастики на основе порошка борида титана с углеродным или оксидным связующим [1, 2]. Слой (или слои), нанесенный на углеграфитовый катодный блок заранее или в процессе монтажа электролизера, просушивают и обжигают, получая прочное, износостойкое, смачиваемое алюминием композиционное покрытие.A large number of methods and compositions have been patented for creating wettable hearth coatings by applying a layer of paint or mastic based on titanium boride powder with a carbon or oxide binder [1, 2]. The layer (or layers) deposited on the carbon-graphite cathode block in advance or during the installation of the electrolyzer is dried and fired to obtain a durable, wear-resistant, aluminum-wetted composite coating.

Возможности технологического использования подобных материалов для смачиваемых покрытий ограничены высокой стоимостью и сложностью синтеза боридов металлов. К тому же коэффициенты термического расширения отличаются от соответствующих величин для углеграфитовых материалов, что приводит к растрескиванию и отслаиванию покрытия, получаемого на поверхности углеродных блоков перед процедурой обжига электролизной ванны. Нельзя также не учитывать большой риск окислительного разрушения покрытия в процессе обжига и пуска ванны.The technological possibilities of using such materials for wettable coatings are limited by the high cost and complexity of the synthesis of metal borides. In addition, the thermal expansion coefficients differ from the corresponding values for carbon graphite materials, which leads to cracking and peeling of the coating obtained on the surface of the carbon blocks before the firing procedure of the electrolysis bath. One cannot ignore the great risk of oxidative destruction of the coating during firing and starting up the bath.

Предложены способы формирования смачиваемого боридного покрытия на обычных [3] и "сухих" наклонных катодах [4-6] путем введения в состав электролита небольших количеств титан- и борсодержащих компонентов. Но в случае применения таких способов слой борида металла растет со скоростью порядка десятых долей миллиметра в год. Очевидно, что такие скорости роста явно недостаточны и не могут рассматриваться как метод прямого получения покрытия.Methods of forming a wettable boride coating on conventional [3] and “dry” inclined cathodes [4-6] by introducing small amounts of titanium and boron-containing components into the electrolyte are proposed. But if such methods are applied, the metal boride layer grows at a rate of the order of tenths of a millimeter per year. Obviously, such growth rates are clearly insufficient and cannot be considered as a direct coating method.

Известен также другой способ - электрохимического осаждения боридного покрытия при электролизе расплавленного электролита, содержащего в виде небольших добавок основные компоненты покрытия - титан и бор. Таким способом смачиваемое покрытие получали в лабораторных условиях на графите [7] электролизом расплава на основе фтористого натрия с добавками 2-5 мас.% TiO2 и такого же количества Na2B4O7. При плотности тока в интервале 0,05-0,3 А/см2 фиксировали образование плотного и прочного слоя толщиной 0,02-3 мм, который хорошо смачивался жидким алюминием.Another method is also known - electrochemical deposition of a boride coating during electrolysis of a molten electrolyte containing in the form of small additives the main coating components - titanium and boron. In this way, a wettable coating was obtained under laboratory conditions on graphite [7] by electrolysis of a melt based on sodium fluoride with the addition of 2-5 wt.% TiO 2 and the same amount of Na 2 B 4 O 7 . When the current density in the range of 0.05-0.3 A / cm 2 recorded the formation of a dense and durable layer with a thickness of 0.02-3 mm, which was well wetted by liquid aluminum.

Аналогичным способом предлагается синтезировать боридные покрытия из боратных расплавов [8, 9] и расплавов фторидов щелочных металлов, в которые вводят титан- и борсодержащие компоненты в виде сложных фтористых солей (фторборатов и гексафтортитанатов) [10].In a similar way, it is proposed to synthesize boride coatings from borate melts [8, 9] and alkali metal fluoride melts into which titanium and boron-containing components are introduced in the form of complex fluoride salts (fluoroborates and hexafluorotitanates) [10].

Эти способы разделяются на две группы: (1) осаждение из оксидных (только кислородсодержащих) расплавов, (2) осаждение из фторидных, хлоридных, смешанных фторид-хлоридных расплавов. При этом введение кислородсодержащих соединений в состав фторидных расплавов приводит к плохому качеству получаемого покрытия или делает осаждение боридов невозможным. Кроме того, методики осаждения подобных покрытий эффективны при использовании металлических подложек, на углеграфитовых материалах преимущественно образуются карбиды.These methods are divided into two groups: (1) precipitation from oxide (only oxygen-containing) melts, (2) precipitation from fluoride, chloride, mixed fluoride-chloride melts. The introduction of oxygen-containing compounds in the composition of fluoride melts leads to poor quality of the resulting coating or makes the precipitation of borides impossible. In addition, the deposition techniques of such coatings are effective when using metal substrates; carbides are mainly formed on carbon-graphite materials.

Известен способ получения однородного, прочного покрытия из борида титана на металлических и углеграфитовых электродах при плотностях тока 0,2-0,6 А/см2 и введении в расплавленный криолитовый электролит 4 мас.% Al4B2O9 и 2 мас.% CaTiO3 [11]. Но предложенный состав электролита (криолитовое отношение - 3, 1, содержание фторида кальция 1%, глинозема 4%) делает невозможным осуществление предложенного способа в промышленных электролизерах из-за преимущественного осаждения оксидов титана.A known method of obtaining a uniform, durable coating of titanium boride on metal and carbon graphite electrodes at current densities of 0.2-0.6 A / cm 2 and introducing into the molten cryolite electrolyte 4 wt.% Al 4 B 2 O 9 and 2 wt.% CaTiO 3 [11]. But the proposed composition of the electrolyte (cryolite ratio - 3, 1, the content of calcium fluoride 1%, alumina 4%) makes it impossible to implement the proposed method in industrial electrolyzers due to the predominant deposition of titanium oxides.

Известные способы, позволяющие принципиально осуществить электрохимическое нанесение смачиваемого боридного покрытия, имеют весьма существенный недостаток: нанесение на катодные блоки может быть осуществлено, как правило, только вне алюминиевого электролизера, до его монтажа и обжига. Кроме необходимости создания дополнительных технологических агрегатов для такого нанесения, после монтажа ванны необходимо еще дополнительно покрывать межблочные швы, а также защищать покрытие от окисления при последующем обжиге. При такой схеме теряется сам смысл технологии электрохимического нанесения. Экономически привлекательным и технологически целесообразным способ становится при условии нанесения покрытия «in situ» - непосредственно в процессе пуска электролизера после его обжига.Known methods that allow in principle the electrochemical deposition of a wettable boride coating have a very significant drawback: application to the cathode blocks can be carried out, as a rule, only outside the aluminum electrolysis cell, before its installation and firing. In addition to the need to create additional technological units for such application, after installing the bath, it is necessary to additionally cover the interblock joints, as well as protect the coating from oxidation during subsequent firing. With this scheme, the very meaning of electrochemical deposition technology is lost. The method becomes economically attractive and technologically feasible provided that the coating is applied “in situ” - directly during the start-up of the electrolyzer after its firing.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому является способ нанесения смачиваемого покрытия, предлагаемый в патенте [12], который выбран в качестве ближайшего аналога. Предложен способ создания электрохимически нанесенного, смачиваемого, боридного покрытия непосредственно на смонтированной подине промышленного электролизера. Осаждение покрытия проводят из расплавленного электролита на основе боратов и тетраборатов натрия с добавками диоксида титана или титанатов щелочных металлов при температуре 900-1000°С и плотности тока 0,005-0,1 А/см2. В качестве анодов используют углеродные материалы или растворимые аноды из титана. После завершения процесса осаждения электролит удаляют из ванны (например, смывают водой) и производят штатный пуск ванны.The closest set of essential features to the claimed is the method of applying a wettable coating, proposed in the patent [12], which is selected as the closest analogue. A method is proposed for creating an electrochemically deposited, wettable boride coating directly on a mounted hearth of an industrial electrolyzer. The deposition of the coating is carried out from a molten electrolyte based on sodium borates and tetraborates with the addition of titanium dioxide or alkali metal titanates at a temperature of 900-1000 ° C and a current density of 0.005-0.1 A / cm 2 . Carbon materials or soluble titanium anodes are used as anodes. After the deposition process is completed, the electrolyte is removed from the bath (for example, washed off with water) and a regular bath is started.

Позволяя электролитически нанести покрытие непосредственно на смонтированную подину электролизера, известный способ имеет тем не менее существенные недостатки: (1) необходима дополнительная операция разогрева ванны, (2) большой расход дорогостоящих боратов и тетраборатов, используемых в качестве электролита, (3) в результате последующего штатного обжига и пуска электролизера возможно отслаивание покрытия из-за разности коэффициентов термического расширения, а также его окисление. Эти недостатки обусловливают, по существу, нецелесообразность промышленной реализации способа.Allowing the electrolytic coating directly on the mounted bottom of the electrolyzer, the known method nevertheless has significant drawbacks: (1) an additional operation of heating the bath is necessary, (2) high consumption of expensive borates and tetraborates used as an electrolyte, (3) as a result of the subsequent regular firing and starting the electrolyzer may peel off the coating due to the difference in thermal expansion coefficients, as well as its oxidation. These disadvantages determine, in essence, the inappropriateness of the industrial implementation of the method.

Задача предлагаемого технического решения: получение электроосажденного боридного смачиваемого покрытия улучшенного качества и эксплуатационных характеристик при низкой удельной стоимости. Добиться этого позволяет технический результат, получаемый при использовании изобретения: покрытие наносится «in situ» - непосредственно в процессе пуска электролизера после его обжига - с использованием дешевых по сравнению с боридами металлов добавок в промышленный криолит-глиноземный электролит, при этом обеспечивается плотность и связность слоя покрытия с поверхностью подины, независимость от различия коэффициентов термического расширения слоя покрытия и материала подины, исключается окисление основного компонента покрытия.The objective of the proposed technical solution: obtaining electrodeposited boride wettable coating of improved quality and performance at low unit cost. This can be achieved by the technical result obtained by using the invention: the coating is applied “in situ” - directly during the start-up of the electrolyzer after its firing - using cheap additives compared to metal borides in industrial cryolite-alumina electrolyte, while ensuring the density and cohesion of the layer coatings with the surface of the hearth, independence from differences in the coefficients of thermal expansion of the coating layer and the material of the hearth, oxidation of the main component of the coating is excluded.

Известный способ нанесения смачиваемого покрытия подины алюминиевого электролизера модифицирован таким образом, что процесс нанесения производят в период пуска ванны после обжига электролизера непосредственно из промышленного криолит-глиноземного электролита, содержащего добавки-источники бора, тугоплавких металлов, при отсутствии осаждения металлического алюминия, которое обеспечивают изменением параметров способа, таких как тип и концентрация добавок в электролит, величины плотности тока, криолитового отношения, температуры и продолжительности осаждения. При этом в качестве источника бора используют кислород- и/или фторсодержащие производные бора, а именно оксид бора, тетрабораты щелочных и щелочно-земельных металлов, тетрафторбораты щелочных и щелочно-земельных металлов в количестве 0,5-2 мас.% в расчете на оксид бора, а в качестве источника тугоплавких металлов - добавки кислород- и/или фторсодержащих производных этих металлов, а именно оксиды, кислород- или фторсодержащие соединения с катионами щелочного или щелочно-земельного металла в количестве 0,5-4 мас.% в расчете на оксид металла, осаждение проводят при криолитовом отношении, равном 2,3-2,9, плотности тока, равной 0,1-0,9 А/см2, температуре 950-970°С, при осаждении смачиваемого покрытия в электролит вводят дополнительно бор-, металлсодержащие компоненты для обеспечения получения покрытия желаемой толщины, а при первичном нанесении или регенерации существующего покрытия в послепусковой период осаждение покрытия осуществляют после удаления алюминия из ванны.The known method of applying a wettable coating to the bottom of an aluminum electrolyzer is modified so that the application process is carried out during the start-up of the bath after firing the electrolyzer directly from an industrial cryolite-alumina electrolyte containing additives-sources of boron, refractory metals, in the absence of deposition of aluminum metal, which provides a change in parameters method, such as type and concentration of electrolyte additives, current density, cryolite ratio, temperature and deposition time. In this case, oxygen and / or fluorine-containing derivatives of boron are used as a source of boron, namely boron oxide, tetraborates of alkali and alkaline-earth metals, tetrafluoroborates of alkali and alkaline-earth metals in an amount of 0.5-2 wt.% Based on oxide boron, and as a source of refractory metals - additives of oxygen- and / or fluorine-containing derivatives of these metals, namely oxides, oxygen- or fluorine-containing compounds with cations of alkaline or alkaline-earth metal in an amount of 0.5-4 wt.% based on metal oxide precipitation ix carried out at a bath ratio equal to 2.3-2.9, a current density of 0.1-0.9 A / cm 2, a temperature of 950-970 ° C during deposition wettable coating further introduced into the electrolyte boron, metal- components to provide a coating of the desired thickness, and during the initial application or regeneration of an existing coating in the post-launch period, coating is deposited after aluminum is removed from the bath.

От наиболее близкого аналога заявляемый способ отличается тем, что:From the closest analogue of the claimed method differs in that:

(1) - нанесение покрытия производят непосредственно в пусковой период из промышленного криолит-глиноземного электролита;(1) - coating is carried out directly in the starting period from an industrial cryolite-alumina electrolyte;

(2) - осаждение проводят при криолитовом отношении, равном 2,3-2,9, плотности тока, равной 0,1-0,9 А/см2, температуре - 950-970°С;(2) - deposition is carried out at a cryolite ratio of 2.3-2.9, a current density of 0.1-0.9 A / cm 2 , a temperature of 950-970 ° C;

(3) - в качестве источника бора используют кислород- и/или фторсодержащие производные бора, а именно оксид бора тетрабораты щелочных и щелочно-земельных металлов, тетрафторбораты щелочных и щелочно-земельных металлов в количестве 0,5-2 мас.% в расчете на оксид бора, а в качестве источника тугоплавких металлов - добавки кислород- и/или фторсодержащих производных этих металлов, а именно оксиды, кислород- или фторсодержащие соединения с катионами щелочного или щелочноземельного металла в количестве 0,5-4 мас.% в расчете на оксид металла;(3) - oxygen and / or fluorine-containing derivatives of boron are used as a source of boron, namely boron oxide tetraborates of alkali and alkaline-earth metals, tetrafluoroborates of alkali and alkaline-earth metals in an amount of 0.5-2 wt.% Based on boron oxide, and as a source of refractory metals - additives of oxygen- and / or fluorine-containing derivatives of these metals, namely oxides, oxygen- or fluorine-containing compounds with cations of alkali or alkaline earth metal in an amount of 0.5-4 wt.% based on oxide metal;

(4) - при осаждении смачиваемого покрытия в электролит вводят дополнительно компоненты, содержащие бор и тугоплавкие металлы;(4) - when a wettable coating is deposited, additional components containing boron and refractory metals are added to the electrolyte;

(5) - для первичного нанесения или регенерации существующего покрытия в послепусковой период осаждение покрытия осуществляют после удаления алюминия из ванны.(5) - for the initial application or regeneration of an existing coating in the post-launch period, the coating is deposited after removal of aluminum from the bath.

Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию «новизна».Thus, the claimed method meets the criterion of "novelty."

При несоблюдении указанных условий синтеза получение качественного покрытия необходимого фазового и химического состава становится невозможным: наряду с боридами тугоплавких металлов в значительных количествах соосаждаются посторонние продукты (например, оксиды титана), ухудшается микроструктура покрытия, его связность с основой.If these synthesis conditions are not observed, obtaining a high-quality coating of the required phase and chemical composition becomes impossible: along with borides of refractory metals, foreign products (for example, titanium oxides) co-precipitate in significant quantities, the microstructure of the coating worsens, its connectivity with the base.

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемые решения от прототипа, что делает возможным сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».Comparison of the claimed solutions not only with the prototype, but also with other technical solutions in the art did not allow them to identify signs that distinguish the claimed solutions from the prototype, which makes it possible to conclude that the criterion of "inventive step".

Для проверки и сравнительных испытаний эффективности способа был апробирован ряд вариантов нанесения боридного покрытия в интервале параметров с наиболее жесткими условиями для осаждения, в том числе и такими, которые могут быть реализованы при промышленном электролизе, а также с использованием доступных, выпускаемых промышленностью реагентов. Так, например, в большинстве испытанных примеров синтез проводили при высоком содержании глинозема около 8%. С понижением содержания глинозема в электролите до величин 2-3%, типичных для электролитов промышленных электролизеров, условия и возможности осаждения боридов улучшаются, содержание примесных соосаждающихся фаз уменьшается. Примеры испытанных вариантов электрохимического нанесения смачиваемого диборидного покрытия сведены в нижеприведенную таблицу.To verify and comparatively test the effectiveness of the method, a number of boride coatings were tested over a range of parameters with the most stringent conditions for deposition, including those that can be implemented by industrial electrolysis, as well as using available reagents manufactured by the industry. For example, in most of the tested examples, the synthesis was carried out at a high alumina content of about 8%. With a decrease in the alumina content in the electrolyte to values of 2–3%, typical for electrolytes of industrial electrolyzers, the conditions and possibilities for the deposition of borides improve, and the content of impurity coprecipitating phases decreases. Examples of tested electrochemical wettable diboride coatings are summarized in the table below.

Для препаративного электрохимического нанесения боридного покрытия в качестве измерительного инструмента использовали потенциостат AutoLab PGSTAT 30 с усилителем мощности AutoLab BSTR20A. Подложками служили электроды, изготовленные из «аморфного» подового блока с содержанием графита около 30%. Осаждение проводили в тигле объемом 1 л с 1 кг электролита при температуре 950-970°С. В качестве основного состава электролита использовали криолит-глиноземный расплав с содержанием определенного количества растворенного глинозема при контролируемом криолитовом отношении, в который вводили добавки, содержащие бор и тугоплавкие металлы в заданном количестве. В качестве тугоплавких металлов использовали титан и цирконий.For preparative electrochemical deposition of a boride coating, an AutoLab PGSTAT 30 potentiostat with an AutoLab BSTR20A power amplifier was used as a measuring tool. The substrates were electrodes made of an “amorphous” hearth block with a graphite content of about 30%. Precipitation was carried out in a 1 liter crucible with 1 kg of electrolyte at a temperature of 950-970 ° C. A cryolite-alumina melt with a certain amount of dissolved alumina at a controlled cryolite ratio, in which additives containing boron and refractory metals in a given amount were introduced, was used as the main electrolyte composition. As refractory metals, titanium and zirconium were used.

Качественный и количественный состав покрытия контролировали рентгенофазовым анализом при комнатной температуре в камере Гинье высокого разрешения IMAGE FOIL Guinier Camera 670 (с использованием базы данных JCPDS PDF-2).The qualitative and quantitative composition of the coating was monitored by x-ray phase analysis at room temperature in a high-resolution Guinier IMAGE FOIL Guinier Camera 670 (using the JCPDS PDF-2 database).

ТаблицаTable № ппNo pp Условия нанесенияApplication Conditions Результаты контроляControl results 1one КО - 2,9KO - 2.9 Состав - 95% TiB2, 5%Composition - 95% TiB 2 , 5% Содержание глинозема - 8%Alumina Content - 8% Ti2O3 Ti 2 O 3 Содержание добавок - 1,07% TiO2,The content of additives is 1.07% TiO 2 , Выход по току - околоCurrent output - about 0,93% B2O3 0.93% B 2 O 3 35%35% Плотность тока: 0,45 А/см2 Current density: 0.45 A / cm 2 Смачивается алюминиемWetted by aluminum Продолжительность - 30 мин.Duration - 30 minutes. 22 КО - 2,7KO - 2.7 Состав - 92% TiB2, 8%Composition - 92% TiB 2 , 8% Содержание глинозема - 8%Alumina Content - 8% Ti2O3 Ti 2 O 3 Добавки - 0,53% TiO2 и 0,47% В2O3 Additives - 0.53% TiO 2 and 0.47% B 2 O 3 Выход по току - 31%Current efficiency - 31% Плотность тока - 0,45 А/см2 The current density is 0.45 A / cm 2 Смачивается алюминиемWetted by aluminum Продолжительность - 30 мин.Duration - 30 minutes. 33 КО - 2,5KO - 2.5 Состав - 87% TiB2, 13%Composition - 87% TiB 2 , 13% Содержание глинозема - 8%Alumina Content - 8% Ti2O3 Ti 2 O 3 Добавки - 0,53% TiO2 и 0,47% В2O3 Additives - 0.53% TiO 2 and 0.47% B 2 O 3 Выход по току - 29%Current efficiency - 29% Плотность тока - 0,25 А/см2 The current density is 0.25 A / cm 2 Смачивается алюминиемWetted by aluminum Продолжительность - 50 мин.Duration - 50 minutes.

№ ппNo pp Условия нанесенияApplication Conditions Результаты контроляControl results 4four КО - 2,3KO - 2.3 Состав - 81% TiB2, 19%Composition - 81% TiB 2 , 19% Содержание глинозема - 8%Alumina Content - 8% Ti2O3 Ti 2 O 3 Добавки - 0,53% TiO2 и 0,47% В2O3 Additives - 0.53% TiO 2 and 0.47% B 2 O 3 Выход по току - 25%Current efficiency - 25% Плотность тока - 0,42 А/см2 The current density of 0.42 A / cm 2 Смачивается алюминиемWetted by aluminum Продолжительность - 60 мин.Duration - 60 minutes. 55 КО - 2,7KO - 2.7 Состав - 63% TiB2, 37%Composition - 63% TiB 2 , 37% Содержание глинозема - 8%Alumina Content - 8% Ti2O3 Ti 2 O 3 Добавки - 2,55% Na2В4O7*10Н2O, 3,41%Additives - 2.55% Na 2 В 4 O 7 * 10Н 2 O, 3.41% Выход по току - 15%Current efficiency - 15% Al2O3, 1,07% TiO2, 0,75% CaOAl 2 O 3 , 1.07% TiO 2 , 0.75% CaO Смачивается алюминиемWetted by aluminum Плотность тока - 0,15 А/см2 The current density is 0.15 A / cm 2 Продолжительность - 60 мин.Duration - 60 minutes. 66 КО - 2,9KO - 2.9 Состав - 100% ZrB2 Composition - 100% ZrB 2 Содержание глинозема - 8%Alumina Content - 8% Выход по току - 47%Current efficiency - 47% Добавки - 1,65% ZrO2 и 0,93% В2O3 Additives - 1.65% ZrO 2 and 0.93% B 2 O 3 Смачивается алюминиемWetted by aluminum Плотность тока - 0,12 А/см2 The current density is 0.12 A / cm 2 Продолжительность - 60 мин.Duration - 60 minutes. 77 КО - 2,9KO - 2.9 Состав - 100% ZrB2 Composition - 100% ZrB 2 Содержание глинозема - 4%Alumina content - 4% Выход по току - 53%Current efficiency - 53% Добавки - 1,65% ZrO2 и 0,93% В2O3 Additives - 1.65% ZrO 2 and 0.93% B 2 O 3 Смачивается алюминиемWetted by aluminum Плотность тока - 0,33 А/см2 The current density is 0.33 A / cm 2 Продолжительность - 60 мин.Duration - 60 minutes. 88 КО - 2,9KO - 2.9 Состав - 98% TiB2, 2%Composition - 98% TiB 2 , 2% Содержание глинозема - 8%Alumina Content - 8% Ti2O3 Ti 2 O 3 Добавки - 2,78% Na2TiF6 и 2,93% NaBF4 Additives - 2.78% Na 2 TiF 6 and 2.93% NaBF 4 Выход по току - 41%Current efficiency - 41% Плотность тока - 0,4 А/см2 The current density is 0.4 A / cm 2 Смачивается алюминиемWetted by aluminum Продолжительность - 60 мин.Duration - 60 minutes. 99 КО - 2,9KO - 2.9 Состав - 100% ZrB2,Composition - 100% ZrB 2 , Содержание глинозема - 4%Alumina content - 4% Выход по току - 59%Current efficiency - 59% Добавки: 3,79% K2ZrF6 и 2,93% NaBF4 Additives: 3.79% K 2 ZrF 6 and 2.93% NaBF 4 Смачивается алюминиемWetted by aluminum Плотность тока - 0,25 А/см2 The current density is 0.25 A / cm 2 Продолжительность - 60 мин.Duration - 60 minutes.

В лабораторных испытаниях, когда осаждение вели в условиях, близких к оптимальным, однозначно зафиксировано преимущественное осаждение боридов металлов в покрытии наряду с присутствием сопутствующих химических соединений в небольших количествах. Эксперименты по смачиваемости покрытия показали, что жидкий алюминий быстро и полно смачивает поверхность покрытых углеграфитовых образцов уже при погружении их в расплав, в то время как покрытия, наносимые в виде композитных красок или мастики, обычно требуют для смачивания наложения тока или более продолжительного времени контакта с жидким алюминием.In laboratory tests, when the deposition was carried out under conditions close to optimal, the predominant deposition of metal borides in the coating was unambiguously recorded along with the presence of accompanying chemical compounds in small quantities. Experiments on the wettability of the coating showed that liquid aluminum quickly and completely wetted the surface of the coated carbon-graphite samples already when they were immersed in the melt, while coatings applied in the form of composite paints or mastics usually required a wetting current application or longer contact time liquid aluminum.

Из результатов испытаний, приведенных в таблице, следует, что в интервале предлагаемых параметров синтеза и типа реагентов обеспечивается получение целевого технического результата.From the test results shown in the table, it follows that in the range of the proposed synthesis parameters and type of reagents, the target technical result is obtained.

Предлагаемый способ нанесения смачиваемого покрытия осуществляется предпочтительно следующим образом.The proposed method of applying a wettable coating is preferably as follows.

(1) Заполнение электролизера после обжига оборотным электролитом в необходимом, штатном количестве.(1) Filling the electrolyzer after firing with circulating electrolyte in the required standard amount.

(2) Введение в электролит указанных добавок в заявленной концентрации.(2) Introduction to the electrolyte of said additives in the declared concentration.

(3) Электрохимическое осаждение покрытия с использованием стандартных анодов при штатной температуре и плотности тока 0,1-0,9 А/см2.(3) Electrochemical deposition of the coating using standard anodes at standard temperature and current density of 0.1-0.9 A / cm 2 .

(4) Введение дополнительных количеств добавок по мере их расходования в ходе осаждения боридного покрытия с целью поддержания концентрации реагентов в оптимальных пределах и получения покрытия желаемой толщины.(4) The introduction of additional quantities of additives as they are consumed during the deposition of the boride coating in order to maintain the concentration of reagents in the optimal range and obtain a coating of the desired thickness.

(5) Прекращение введения добавок и выведение электролизера на штатный режим работы после получения покрытия желаемой толщины: по мере расходования добавок предельный ток выделения борида металла резко снижается, на катоде начинается выделение алюминия.(5) The termination of the introduction of additives and the removal of the electrolyzer to the normal mode of operation after obtaining the coating of the desired thickness: as the additives are consumed, the limiting current of the release of metal boride decreases sharply, the emission of aluminum begins at the cathode.

Предлагаемый способ является эффективным техническим решением создания дешевого, смачиваемого покрытия подины и в конечном счете повышения технологический показателей процесса, увеличения срока службы алюминиевых электролизеров.The proposed method is an effective technical solution to create a cheap, wettable coating of the hearth and ultimately to increase the technological parameters of the process, increase the service life of aluminum electrolytic cells.

Источники информацииInformation sources

1. Секхар Д.А., де Нора В. Суспензия, углеродсодержащий компонент ячейки, способ нанесения огнеупорного борида, способ защиты углеродсодержащего компонента, масса углеродсодержащего компонента, компонент электрохимической ячейки, способ повышения устойчивости к окислению, ячейка для производства алюминия и использование ячейки // Патент России №2135643. 27.08.1999.1. Sekhar D.A., de Nora V. Suspension, carbon-containing cell component, method for applying refractory boride, method for protecting carbon-containing component, mass of carbon-containing component, electrochemical cell component, method for increasing oxidation resistance, cell for aluminum production and cell use / / Patent of Russia No. 2135643. 08/27/1999.

2. Boxall L.G., Buchta W.M., Cook A.V., Nagle D.C., Townsend D.W. Aluminium cell cathode coating method // U.S. Patent N 4,466,996. Aug. 21, 1984.2. Boxall L.G., Buchta W.M., Cook A.V., Nagle D.C., Townsend D.W. Aluminum cell cathode coating method // U.S. Patent N 4,466,996. Aug. 21, 1984.

3. Горланов Е.С., Баранцев А.Г. Способ получения и поддержания содержащего бориды тугоплавких металлов защитного покрытия углеродистых блоков // Патент России №2221086. 01.10.2004.3. Gorlanov E.S., Barantsev A.G. A method of obtaining and maintaining a boride-containing refractory metal protective coating of carbon blocks // Patent of Russia №2221086. 10/01/2004.

4. Towsend D.W. Supersaturation plating of aluminum wettable cathode coatings during aluminum smelting in drained cathode cells, US patent 5028301, 2.07.1991.4. Towsend D.W. Supersaturation plating of aluminum wettable cathode coatings during aluminum smelting in drained cathode cells, US patent 5028301, 2.07.1991.

5. Towsend D.W. Supersaturation plating of aluminum wettable cathode coatings during aluminum smelting in drained cathode cells, US patent 5158655, 27.10.1992.5. Towsend D.W. Supersaturation plating of aluminum wettable cathode coatings during aluminum smelting in drained cathode cells, US patent 5158655, 10.27.1992.

6. Towsend D.W. Supersaturation coating of cathode substrate, US patent 5227045, 13.07.1993.6. Towsend D.W. Supersaturation coating of cathode substrate, US patent 5227045, 07/13/1993.

7. Шаповал В.И., Заруцкий И.В., Малышев В.В., Ускова Н.Н., Современные проблемы электрохимии титана и бора, синтеза диборида титана и его интерметаллидов в ионных расплавах // Успехи химии. 68 (1999) 1015.7. Shapoval V.I., Zarutsky I.V., Malyshev V.V., Uskova N.N., Current problems of electrochemistry of titanium and boron, synthesis of titanium diboride and its intermetallic compounds in ionic melts // Successes in Chemistry. 68 (1999) 1015.

8. McCawley F.X., Wyche С., Schlain D. Electrodeposition of metallic boride coatings, US patent 3697390, 10.10.1972.8. McCawley F.X., Wyche C., Schlain D. Electrodeposition of metallic boride coatings, US patent 3697390, 10/10/1972.

9. McCawley F.X., Wyche C., Schlain D. Electrodeposition of metallic boride coatings, US patent 3827954, 6.08.1974.9. McCawley F.X., Wyche C., Schlain D. Electrodeposition of metallic boride coatings, US patent 3827954, 08/08/1974.

10. Kellner J.D. Process for electrodepositing titanium diboride from fused salts, US patent 3880729, 29.04.1975.10. Kellner J.D. Process for electrodepositing titanium diboride from fused salts, US patent 3880729, 04.29.1975.

11. Devyatkin S.V., Kaptay G. Chemical and Electrochemical Behaviour of Titanium Diboride in Cryolite-Alumina Melt and in Molten Aluminum, Journal of Solid State Chemistry, 154 (2000) 107.11. Devyatkin S.V., Kaptay G. Chemical and Electrochemical Behavior of Titanium Diboride in Cryolite-Alumina Melt and in Molten Aluminum, Journal of Solid State Chemistry, 154 (2000) 107.

12. Biddulph R.H., Wickens A.J., Creffield G.K. European Patent Application EP O 021 850, 7.01.1981.12. Biddulph R.H., Wickens A.J., Creffield G.K. European Patent Application EP O 021 850, 7.01.1981.

Claims (4)

1. Способ нанесения смачиваемого покрытия подины алюминиевого электролизера, включающий электролитическое осаждение покрытия из боридов тугоплавких металлов из расплавленного электролита на смонтированную подину алюминиевого электролизера, отличающийся тем, что осаждение производят непосредственно в пусковой период электролиза после обжига электролизера из промышленного криолит-глиноземного электролита, содержащего добавки - источники бора в количестве 0,5-2 мас.% в расчете на оксид бора, и источники тугоплавких металлов в количестве 0,5-4 мас.% в расчете на оксид металла, при криолитовом отношении, равном 2,3-2,9, при 950-970°С и плотности тока 0,1-0,9 А/см2.1. The method of applying a wettable coating of the bottom of an aluminum electrolyzer, including electrolytic deposition of a coating of refractory metal borides from molten electrolyte on a mounted bottom of an aluminum electrolyzer, characterized in that the deposition is carried out directly in the starting period of electrolysis after firing the electrolyzer from an industrial cryolite-alumina electrolyte containing additives - sources of boron in an amount of 0.5-2 wt.% calculated on boron oxide, and sources of refractory metals in quantities e 0.5-4 wt.% calculated on metal oxide, with a cryolite ratio of 2.3-2.9, at 950-970 ° C and a current density of 0.1-0.9 A / cm 2 . 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве источника бора используют кислород- и/или фторсодержащие производные бора: оксид бора, тетрабораты щелочных и щелочно-земельных металлов, тетрафторбораты щелочных и щелочно-земельных металлов, а в качестве источника тугоплавких металлов - добавки кислород- и/или фторсодержащих производных этих металлов: оксиды, кислород- или фторсодержащие соединения с катионами щелочного или щелочно-земельного металла.2. The method according to claim 1, characterized in that oxygen and / or fluorine-containing derivatives of boron are used as a source of boron: boron oxide, tetraborates of alkali and alkaline earth metals, tetrafluoroborates of alkali and alkaline earth metals, and as a source of refractory metals - additives of oxygen- and / or fluorine-containing derivatives of these metals: oxides, oxygen- or fluorine-containing compounds with cations of an alkali or alkaline-earth metal. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при осаждении покрытия в электролит вводят дополнительно источники бора и источники тугоплавкого металла для восполнения их расходования.3. The method according to claim 1, characterized in that when the coating is deposited, additional sources of boron and sources of refractory metal are added to the electrolyte to make up for their consumption. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для нанесения покрытия или регенерации нанесенного покрытия в послепусковой период электролиза осаждение покрытия осуществляют после удаления алюминия из электролизера.4. The method according to claim 1, characterized in that for coating or regeneration of the coating in the post-launch period of electrolysis, the deposition of the coating is carried out after removal of aluminum from the cell.
RU2005124262/02A 2005-07-29 2005-07-29 Wettable coating on aluminum cell hearth applying method RU2299278C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005124262/02A RU2299278C2 (en) 2005-07-29 2005-07-29 Wettable coating on aluminum cell hearth applying method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005124262/02A RU2299278C2 (en) 2005-07-29 2005-07-29 Wettable coating on aluminum cell hearth applying method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2299278C2 true RU2299278C2 (en) 2007-05-20

Family

ID=38164285

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005124262/02A RU2299278C2 (en) 2005-07-29 2005-07-29 Wettable coating on aluminum cell hearth applying method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2299278C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2558703C2 (en) * 2013-10-08 2015-08-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" НГТУ Method of pouring ladle lining manufacturing
RU2716726C1 (en) * 2019-08-09 2020-03-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук Method of applying protective coating on electrolytic cell cathodes for aluminum production

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2558703C2 (en) * 2013-10-08 2015-08-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" НГТУ Method of pouring ladle lining manufacturing
RU2716726C1 (en) * 2019-08-09 2020-03-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии наук Method of applying protective coating on electrolytic cell cathodes for aluminum production

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0892085B1 (en) Drained cathode aluminium production cells
CA1257559A (en) Molten salt electrowinning anode with coating of fluorine containing oxycompound of cerium
US6607657B2 (en) Carbon-containing components of aluminium production cells
US6719890B2 (en) Cathode for a hall-heroult type electrolytic cell for producing aluminum
CA2003660C (en) Supersaturation plating of aluminum wettable cathode coatings during aluminum smelting in drained cathode cells
US6372099B1 (en) Cells for the electrowinning of aluminium having dimensionally stable metal-based anodes
EP2140044B1 (en) Aluminium electrowinning cell with metal-based cathodes
CN100526514C (en) Method for preparing industrial aluminum electrolysis bath pure titanium diboride cathode coating
US6001236A (en) Application of refractory borides to protect carbon-containing components of aluminium production cells
RU2299278C2 (en) Wettable coating on aluminum cell hearth applying method
EP0021850B1 (en) Alumina reduction cell, methods of producing such a cell, and use thereof in the manufacture of aluminium
US5651874A (en) Method for production of aluminum utilizing protected carbon-containing components
US5578174A (en) Conditioning of cell components for aluminum production
RU2281987C2 (en) Porous aluminum-wetting ceramic material
US5534119A (en) Method of reducing erosion of carbon-containing components of aluminum production cells
RU2415973C2 (en) Procedure for production of aluminium by electrolysis of melt
AU701370B2 (en) Maintaining protective surfaces on carbon cathodes in aluminium electrowinning cells
Schwarz et al. Electrorefining of aluminium scrap from chloride melts
NO801022L (en) ANODE COMPOSITION.
AU2001233542A1 (en) Refractory coating for components of an aluminum electrolysis cell
RU2716726C1 (en) Method of applying protective coating on electrolytic cell cathodes for aluminum production
Thonstad Some recent trends in molten salt electrolysis of titanium, magnesium, and aluminium
UA116743U (en) ELECTROLYT FOR PREPARATION OF PROTECTIVE COATING ON THE BASIS OF TITANIUM DIBORIDE FOR ALUMINUM ELECTROLYZER

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090730

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20110220

PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20120525