RU2707304C2 - Cathode hearth for aluminum production - Google Patents
Cathode hearth for aluminum production Download PDFInfo
- Publication number
- RU2707304C2 RU2707304C2 RU2018113972A RU2018113972A RU2707304C2 RU 2707304 C2 RU2707304 C2 RU 2707304C2 RU 2018113972 A RU2018113972 A RU 2018113972A RU 2018113972 A RU2018113972 A RU 2018113972A RU 2707304 C2 RU2707304 C2 RU 2707304C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cathode
- block
- graphite
- hearth
- filler
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
- C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S277/00—Seal for a joint or juncture
- Y10S277/935—Seal made of a particular material
- Y10S277/936—Composite
- Y10S277/938—Carbon or graphite particle or filament
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к катодной подине, к способу ее изготовления и к ее применению в электролизере для производства алюминия.The present invention relates to a cathode hearth, to a method for its manufacture and to its use in an electrolytic cell for aluminum production.
Обычно алюминий получают посредством электролиза солевого расплава в электролизерах. В целом электролизер содержит ванну, изготовленную из листового железа или стали, днище которой футеровано теплоизоляционным материалом. В упомянутой ванне до 24-х катодных блоков из углерода или графита, соединенных с отрицательным полюсом источника питания, образуют дно другой ванны, стенка которой состоит из бортовых кирпичей из углерода, графита или карбида кремния. В любом случае между парой катодных блоков образуется зазор. Такую систему из катодных блоков и возможно заполненного зазора обычно называют катодной подиной. Зазоры между катодными блоками обычно заполняют набивной массой из углерода и/или графита на основе каменноугольной смолы. Эта масса служит уплотнением против расплавленных компонентов и для компенсации механических напряжений во время пуска. В качестве анода обычно служат углеродные блоки, который подвешены на соединенной с положительным полюсом источника питания опорной раме.Typically, aluminum is produced by electrolysis of molten salt in electrolysis cells. In general, the cell contains a bath made of sheet iron or steel, the bottom of which is lined with heat-insulating material. In said bath, up to 24 cathode blocks of carbon or graphite connected to the negative pole of the power source form the bottom of another bath, the wall of which consists of side bricks made of carbon, graphite or silicon carbide. In any case, a gap is formed between the pair of cathode blocks. Such a system of cathode blocks and a possibly filled gap is usually called a cathode hearth. The gaps between the cathode blocks are usually filled with a packed mass of carbon and / or graphite based on coal tar. This mass serves as a seal against molten components and to compensate for mechanical stresses during start-up. The anode is usually carbon blocks, which are suspended on a support frame connected to the positive pole of the power source.
В электролизере такого типа расплавленную смесь из оксида алюминия (Al2O3) и криолита (Na3AlF6), предпочтительно около 2-5% оксида алюминия, около 85-80% криолита и других добавок, подвергают электролизу расплава при температуре приблизительно 960°С. При этом растворенный оксид алюминия реагирует с твердым углеродным анодом и образует жидкий алюминий и газообразный диоксид углерода. Расплавленная смесь покрывает борта электролизера защитной коркой, в то время как алюминий накапливается на подине электролизера под расплавом из-за более высокой плотности по сравнению с плотностью расплава, чем предотвращается повторное окисление алюминия кислородом воздуха. Полученный таким образом алюминий отбирают из электролизера и подвергают дальнейшей обработке.In this type of electrolyzer, a molten mixture of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and cryolite (Na 3 AlF 6 ), preferably about 2-5% alumina, about 85-80% cryolite and other additives, is subjected to melt electrolysis at a temperature of about 960 ° C. In this case, the dissolved alumina reacts with the solid carbon anode and forms liquid aluminum and gaseous carbon dioxide. The molten mixture covers the sides of the cell with a protective crust, while aluminum accumulates on the bottom of the cell under the melt due to the higher density compared to the melt density, which prevents re-oxidation of aluminum with atmospheric oxygen. The aluminum thus obtained is taken from the electrolyzer and subjected to further processing.
Во время электролиза анод расходуется, тогда как катодная подина ведет себя в основном химически инертно. Таким образом, анод является изнашивающейся частью, которую заменяют во время работы, тогда как катодная подина рассчитана на длительный срок эксплуатации. Тем не менее современные катодные подины подвержены износу. Механическое истирание поверхности катода происходит за счет перемещения слоя алюминия по катодной подине. Кроме того, за счет образования карбида алюминия и внедрения натрия происходит (электро)химическая коррозия катодной подины. Поскольку, как правило, от 100 до 300 электролизеров соединяют последовательно, чтобы создать экономичную установку для производства алюминия, а поскольку такого рода установка обычно предназначена для использования в течение по меньшей мере 4-10 лет, отказ и замена катодного блока в электролизере такого рода установки могут быть дорогими и потребуют дорогостоящих ремонтных работ, что значительно снижает экономическую эффективность установки.During electrolysis, the anode is consumed, while the cathode hearth behaves mainly chemically inert. Thus, the anode is a wearing part that is replaced during operation, while the cathode hearth is designed for a long service life. However, modern cathodic hearths are subject to wear. Mechanical abrasion of the cathode surface occurs due to the movement of the aluminum layer along the cathode bottom. In addition, due to the formation of aluminum carbide and the introduction of sodium, (electro) chemical corrosion of the cathode hearth occurs. Since, as a rule, from 100 to 300 electrolyzers are connected in series to create an economical installation for the production of aluminum, and since this kind of installation is usually designed for use for at least 4-10 years, the cathode block in the electrolyzer of this kind of failure and replacement can be expensive and will require expensive repairs, which significantly reduces the economic efficiency of the installation.
Недостатком вышеописанного электролизера, содержащего набивную массу из углерода и/или графита на основе каменноугольной смолы, является то, что из крупнозернистой набивной массы невозможно сформировать тонкие слои по техническим причинам, таким как механическая стабильность или процедура набивки, и поэтому присутствуют промежутки, которые уменьшают площадь поверхности катода и в которые могут проникать алюминий и частицы, повышающие износ катодной подины.A disadvantage of the above-described electrolytic cell containing a packed mass of carbon and / or graphite based on coal tar is that it is impossible to form thin layers from a coarse-grained packing mass for technical reasons, such as mechanical stability or packing procedure, and therefore there are gaps that reduce the area cathode surfaces and into which aluminum and particles can penetrate, increasing wear of the cathode hearth.
Наиболее широко используемые антрацитовые набивные массы являются менее электрически и термически проводящими, чем, в частности, графитированные катодные блоки. Это снижает эффективную площадь поверхности катода и приводит к более высокому энергопотреблению, обусловленному более высоким общим сопротивлением, что снижает экономическую эффективность процесса. Кроме того, из-за более высокой удельной нагрузки увеличивается износ катодной подины.The most widely used anthracite packing materials are less electrically and thermally conductive than, in particular, graphitized cathode blocks. This reduces the effective surface area of the cathode and leads to higher energy consumption due to higher total resistance, which reduces the economic efficiency of the process. In addition, due to the higher specific load, the wear of the cathode hearth increases.
Другая проблема заключается в том, что набивные массы часто содержат связующие вещества на основе каменноугольной смолы, содержащей полициклические ароматические углеводороды. Они токсичны и/или канцерогенны. Во время использования некоторые из этих продуктов или продукты пиролиза попадают в атмосферу.Another problem is that the packing masses often contain binders based on coal tar containing polycyclic aromatic hydrocarbons. They are toxic and / or carcinogenic. During use, some of these products or pyrolysis products enter the atmosphere.
В WO2010/142580A1 набивную массу заменяют сжимаемой графитовой пленкой, благодаря чему можно обойтись без вредных для здоровья веществ в набивной массе, таких как полициклические ароматические углеводороды, и добиться уплотнения между катодными блоками катодной подины.In WO2010 / 142580A1, the packing material is replaced by a compressible graphite film, thereby avoiding unhealthy substances in the packing material, such as polycyclic aromatic hydrocarbons, and compaction between the cathode blocks of the cathode hearth.
Однако деформационное поведение изменяется относительно идеального вследствие, например, повторного использования стальной ванны электролизера таким образом, что возникают дополнительные трещины, щели или смещения катодных блоков в целом, в результате чего не может быть гарантировано уплотнение. Прогноз деформационного поведения часто затруднен, поэтому указанные дополнительные трещины, щели или смещения являются эксплуатационным риском, так как в этом случае расплав алюминия или электролита может вытекать, что может даже привести к немедленному разрушению электролизера. По этой причине дополнительные трещины и/или щели необходимо компенсировать.However, the deformation behavior changes relatively ideal due to, for example, reuse of the steel bath of the electrolyzer in such a way that additional cracks, crevices or displacements of the cathode blocks as a whole arise, as a result of which the seal cannot be guaranteed. The prediction of deformation behavior is often difficult, therefore, these additional cracks, crevices, or displacements are an operational risk, since in this case the molten aluminum or electrolyte can leak out, which can even lead to the immediate destruction of the cell. For this reason, additional cracks and / or crevices must be compensated.
В связи с этим задачей настоящего изобретения является предоставление катодной подины, которая может компенсировать деформационное поведение электролизера и поэтому обеспечить уплотнение. В контексте настоящего изобретения под катодной подиной понимается не только система из по меньшей мере двух катодных блоков с необязательно заполненным зазором, но и система из по меньшей мере одного катодного блока и по меньшей мере одного бортового кирпича с необязательно заполненным зазором. Зазор представляет собой промежуток между двумя катодными блоками или катодным блоком и бортовым кирпичом.In this regard, the present invention is the provision of a cathode hearth, which can compensate for the deformation behavior of the cell and therefore provide a seal. In the context of the present invention, a cathode hearth is understood to mean not only a system of at least two cathode blocks with an optionally filled gap, but also a system of at least one cathode block and at least one side brick with an optionally filled gap. The gap is the gap between two cathode blocks or a cathode block and an onboard brick.
Эта задача решается с помощью катодной подины электролизера для производства алюминия, содержащей по меньшей мере два катодных блока и/или по меньшей мере один катодный блок и по меньшей мере один бортовой кирпич, которые расположены на заданном расстоянии один от другого, причем зазор заполнен заполнителем, который может быть предварительно размещен на по меньшей мере одном катодном блоке или бортовом кирпиче, отличающейся тем, что заполнитель представляет собой предварительно сжатый графитовый лист, состоящий из терморасширенного графита и интеркаляционного соединения графита.This problem is solved by using the cathode bottom of an electrolytic cell for aluminum production, containing at least two cathode blocks and / or at least one cathode block and at least one side brick, which are located at a predetermined distance from one another, the gap being filled with a filler, which can be pre-placed on at least one cathode block or on-board brick, characterized in that the filler is a pre-compressed graphite sheet consisting of thermally expanded graph aphite and intercalation compounds of graphite.
В соответствии с изобретением катодная подина содержит заполнитель, который расположен на по меньшей мере одном катодном блоке и/или бортовом кирпиче, и отличается тем, что заполнитель содержит предварительно сжатый лист на основе терморасширенного графита и интеркаляционного соединения графита. В смысле, принятом в настоящем изобретении, «предварительно сжатый» означает, что лист на основе терморасширенного графита и интеркаляционного соединения графита был сжат, но еще сжимаем далее. Это означает, что предварительно сжатый лист на основе терморасширенного графита и интеркаляционного соединения графита частично сжат, а значит, спрессован и также спрессовываем далее.In accordance with the invention, the cathode hearth contains a filler that is located on at least one cathode block and / or bead brick, and wherein the filler comprises a pre-compressed sheet based on thermally expanded graphite and an intercalation graphite compound. In the sense adopted in the present invention, “pre-compressed” means that a sheet based on thermally expanded graphite and an intercalation compound of graphite has been compressed, but is still compressed further. This means that a pre-compressed sheet based on thermally expanded graphite and an intercalation compound of graphite is partially compressed, which means that it is pressed and also pressed further.
В соответствии с изобретением предварительно сжатый графитовый лист на основе терморасширенного графита и интеркаляционного соединения графита также называется предварительно сжатым графитовым листом. Эти два термина взаимозаменяемы по смыслу настоящего изобретения и относятся к предварительно сжатому графитовому листу из терморасширенного графита и интеркаляционного соединения графита.According to the invention, a precompressed graphite sheet based on thermally expanded graphite and an intercalation compound of graphite is also called a precompressed graphite sheet. These two terms are used interchangeably within the meaning of the present invention and refer to a pre-compressed graphite sheet of thermally expanded graphite and an intercalation compound of graphite.
Терморасширенный графит обладает следующими полезными свойствами: он безвредный для здоровья, экологически безопасный, мягкий, сжимаемый, легкий, устойчивый к старению, химически и термически стойкий, непроницаемый для технических газов и жидкостей, негорючий и легко обрабатываемый. Кроме того, он не образует сплава с жидким алюминием. Поэтому он подходит в качестве заполнителя для катодной подины электролизера для производства алюминия.Thermally expanded graphite has the following useful properties: it is harmless to health, environmentally friendly, soft, compressible, lightweight, resistant to aging, chemically and thermally resistant, impermeable to industrial gases and liquids, non-combustible and easily processed. In addition, it does not form an alloy with liquid aluminum. Therefore, it is suitable as a filler for the cathode bottom of an electrolytic cell for aluminum production.
Для получения терморасширенного графита с червеобразной структурой графит, такой как природный графит, обычно смешивают с интеркалатом, таким как неорганическая кислота, например азотная кислота, серная кислота или их смеси и, таким образом, получают интеркаляционное соединение графита в виде промежуточного продукта, который затем подвергают термообработке при повышенной температуре, например, от 600°С до 1200°С (заявка DE10003927A1). Интеркалирование кислотой обычно происходит в присутствии окислителя, например азотной кислоты (HNO3), пероксида водорода (H2O2), перманганата калия (KMnO4) или хлората калия (KClO3).To obtain thermally expanded graphite with a worm-like structure, graphite, such as natural graphite, is usually mixed with an intercalate, such as an inorganic acid, for example nitric acid, sulfuric acid, or mixtures thereof, and thereby an intercalation graphite compound is obtained as an intermediate product, which is then subjected to heat treatment at elevated temperature, for example, from 600 ° C to 1200 ° C (application DE10003927A1). Intercalation with an acid usually occurs in the presence of an oxidizing agent, for example nitric acid (HNO 3 ), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), potassium permanganate (KMnO 4 ) or potassium chlorate (KClO 3 ).
Терморасширенный графит представляет собой графит, который расширен относительно природного графита, например, в 80 или более раз в плоскости, перпендикулярной слоям гексагонального углерода. Терморасширенный графит характеризуется весьма высокой формуемостью и хорошей способностью к взаимному сцеплению из-за расширения. Терморасширенный графит может быть изготовлен в форме листа с теплопроводностью до 500 Вт/(м·K).Thermally expanded graphite is graphite that is expanded relative to natural graphite, for example, 80 or more times in a plane perpendicular to the layers of hexagonal carbon. Thermally expanded graphite is characterized by very high formability and good ability to interlock due to expansion. Thermally expanded graphite can be made in the form of a sheet with thermal conductivity up to 500 W / (m · K).
Теплопроводность определяют методом Ангстрема (ʺÄngström's Method of Measuring Thermal Conductivityʺ; Amy L. Lytle; Physics Department, The College of Wooster, Theses).Thermal conductivity is determined by the Angstrom method (ʺÄngström's Method of Measuring Thermal Conductivityʺ; Amy L. Lytle; Physics Department, The College of Wooster, Theses).
Интеркалат интеркаляционного соединения графита может быть донором электронов или акцептором электронов, предпочтительно акцептором электронов. В настоящем изобретении под термином «донор электронов» имеются в виду соединения или элементы, которые обладают свободными электронами, например, литий, калий, рубидий или цезий. В настоящем изобретении под термином «акцептор электронов» имеется ввиду соединение, которое имеет дефицит электронов, то есть незавершенную конфигурацию благородного газа.The intercalate of the intercalation compound of graphite may be an electron donor or an electron acceptor, preferably an electron acceptor. In the present invention, the term "electron donor" refers to compounds or elements that possess free electrons, for example, lithium, potassium, rubidium or cesium. In the present invention, the term "electron acceptor" means a compound that has an electron deficiency, that is, an incomplete configuration of a noble gas.
В качестве акцепторов электронов в контексте изобретения могут быть выбраны галогениды металлов, предпочтительно хлориды металлов, таких элементов как железо (Fe), алюминий (Al), сурьма (Sb), олово (Zn), иттрий (Y), хром (Cr) или никель (Ni), и кислоты, предпочтительно серная кислота (H2SO4), уксусная кислота (CH3COOH) и азотная кислота (HNO3) или смеси серной кислоты/азотной кислоты и серной кислоты/уксусной кислоты. Предпочтительно, в качестве акцепторов электронов используются галогениды алюминия, особенно предпочтительно хлорид алюминия, или серная кислота (H2SO4).As electron acceptors in the context of the invention, metal halides, preferably metal chlorides, of elements such as iron (Fe), aluminum (Al), antimony (Sb), tin (Zn), yttrium (Y), chromium (Cr) or nickel (Ni), and acids, preferably sulfuric acid (H 2 SO 4 ), acetic acid (CH 3 COOH) and nitric acid (HNO 3 ), or a mixture of sulfuric acid / nitric acid and sulfuric acid / acetic acid. Preferably, aluminum halides are used as electron acceptors, particularly preferably aluminum chloride, or sulfuric acid (H 2 SO 4 ).
Использование предварительно сжатого графитового листа в качестве заполнителя позволяет закрыть трещины или щели, возникающие во время процесса или при повторном использовании стальной ванны, благодаря расширению интеркаляционного соединения графита, расширение которого зависит от преобладающих температур. Таким образом, возможно «самозалечивание» трещин или щелей.The use of pre-compressed graphite sheet as a filler allows you to close cracks or cracks that occur during the process or when reusing a steel bath, due to the expansion of the intercalation compound of graphite, the expansion of which depends on the prevailing temperatures. Thus, self-healing of cracks or crevices is possible.
Возможные дефекты или щели, вызванные установкой, также могут быть залечены за счет расширения соли, а зазоры между возможными примыкающими кромками в случае использования предварительно сжатых графитовых листов, которые меньше полной длины катода, сведены к минимуму.Possible defects or cracks caused by the installation can also be healed by expanding the salt, and gaps between possible adjacent edges in the case of using pre-compressed graphite sheets that are less than the full length of the cathode are minimized.
В результате трещины или щели, помимо прочих, могут также быть закрыты в недоступных областях катода. За счет закрывания дополнительных щелей и/или трещин обеспечивают уплотнение электролизера.As a result, cracks or crevices, among others, can also be closed in inaccessible areas of the cathode. By closing additional gaps and / or cracks, the cell is sealed.
Согласно изобретению могут быть также смешаны вместе различные интеркаляционные соединения графита, демонстрирующие начало расширения из-за различных интеркалатов при разных температурах относительно друг друга. Таким образом, различные температурные области электролизера, например, между катодными блоками и между катодом и бортовым кирпичом, могут быть охвачены целенаправленно.According to the invention, various intercalation compounds of graphite can also be mixed together, showing the onset of expansion due to different intercalates at different temperatures relative to each other. Thus, various temperature regions of the electrolyzer, for example between cathode blocks and between the cathode and the on-board brick, can be targetedly targeted.
В результате, можно предложить изготавливаемый по индивидуальному заказу заполнитель.As a result, we can offer custom-made aggregate.
Преимущественно, доля терморасширенного графита в предварительно сжатом графитовом листе составляет между 70 и 99,5 мас.%, предпочтительно между 80 и 95 мас.%, а особенно предпочтительно 90 мас.%, а доля интеркаляционного соединения графита в предварительно сжатом графитовом листе составляет между 0,5 и 30 мас.%, предпочтительно между 5 и 20 мас.%, а особенно предпочтительно 10 мас.%. Компоненты терморасширенного графита и интеркаляционного соединения графита в сумме всегда составляют 100 мас.%.Advantageously, the proportion of thermally expanded graphite in the precompressed graphite sheet is between 70 and 99.5 wt.%, Preferably between 80 and 95 wt.%, And particularly preferably 90 wt.%, And the proportion of the graphite intercalation compound in the precompressed graphite sheet is between 0.5 and 30 wt.%, Preferably between 5 and 20 wt.%, And particularly preferably 10 wt.%. The components of thermally expanded graphite and the intercalation compounds of graphite in the total always amount to 100 wt.%.
Если доля интеркаляционного соединения графита в предварительно сжатом графитовом листе составляет менее 0,5 мас.%, то закрывается слишком мало трещин, поскольку присутствует слишком мало интеркаляционного соединения графита, которое может впоследствии расшириться, а значит, это интеркаляционное соединение графита может находиться в неправильном месте из-за ограниченного распределения вблизи поверхности.If the proportion of the graphite intercalation compound in the precompressed graphite sheet is less than 0.5 wt.%, Then too few cracks are closed, because there is too little graphite intercalation compound, which can subsequently expand, which means that the graphite intercalation compound can be in the wrong place due to limited distribution near the surface.
Если доля интеркаляционного соединения графита в предварительно сжатом графитовом листе составляет более 30 мас.%, то стабильность такого предварительно сжатого графитового листа оказывается слишком низкой, поскольку предварительно сжатый графитовый лист достигает стабильности за счет сцепления уже расширенных частиц графита.If the proportion of the graphite intercalation compound in the precompressed graphite sheet is more than 30 wt.%, Then the stability of such a precompressed graphite sheet is too low, since the precompressed graphite sheet achieves stability due to adhesion of the already expanded graphite particles.
Если доля интеркаляционного соединения графита в предварительно сжатом графитовом листе составляет 0,5-30 мас.%, то возможно упомянутое выше самозалечивание трещин и/или щелей, то есть оставшиеся трещины или щели закрываются путем последующего расширения интеркаляционного соединения графита при преобладающих температурах электролизера. Заполнитель, который адаптирован к температурному режиму электролизера и который поэтому может быть изготовлен на заказ, может быть обеспечен путем выбора интеркаляционного соединения графита.If the proportion of the graphite intercalation compound in the precompressed graphite sheet is 0.5-30 wt.%, Then the aforementioned self-healing of cracks and / or cracks is possible, that is, the remaining cracks or cracks are closed by subsequent expansion of the graphite intercalation compound at prevailing cell temperatures. A filler that is adapted to the temperature conditions of the electrolyzer and which therefore can be made to order can be provided by choosing an intercalation compound of graphite.
Другим преимущественным эффектом является физиологическая безвредность предварительно сжатого графитового листа по сравнению с содержащей каменноугольную смолу обычной углеродной массой, содержащей полициклические ароматические углеводороды, которые вредны для здоровья. Кроме того, предварительно сжатый графитовый лист имеет более высокую электро- и теплопроводность по сравнению с содержащей каменноугольную смолу обычной углеродной массой и, следовательно, также увеличивает эффективную площадь поверхности катода.Another advantageous effect is the physiological harmlessness of the pre-compressed graphite sheet as compared to a conventional carbonaceous tar containing polycyclic aromatic hydrocarbons that are harmful to health. In addition, the pre-compressed graphite sheet has a higher electrical and thermal conductivity than conventional carbonaceous resin containing coal tar and, therefore, also increases the effective surface area of the cathode.
Используемый согласно изобретению предварительно сжатый графитовый лист можно вставлять в те области электролизера, где используется обычная набивная масса, то есть, в частности, в зазорах, которые образуются между катодными блоками, а также в промежутках между бортами электролизера и катодными блоками. Предварительно сжатый графитовый лист используется, в частности, в качестве уплотняющего средства между катодными блоками катодной подины и между катодным блоком и бортом катодной подины.The precompressed graphite sheet used according to the invention can be inserted in those regions of the electrolyser where the usual packing mass is used, that is, in particular in the gaps that are formed between the cathode blocks, as well as in the spaces between the sides of the electrolyzer and the cathode blocks. The pre-compressed graphite sheet is used, in particular, as a sealing means between the cathode blocks of the cathode hearth and between the cathode block and the bead of the cathode hearth.
Заполнитель и катодные блоки или катодный блок и борт соединены с силовым замыканием и предпочтительно заканчиваются заподлицо. Заполнитель и катодный блок или борт могут быть необязательно склеены, например, с помощью фенольной смолы. В настоящем изобретении термины «борт» и «бортовой кирпич» используются аналогично.The filler and the cathode blocks or the cathode block and the bead are connected to a power circuit and preferably end flush. The aggregate and cathode block or bead may optionally be glued, for example, using phenolic resin. In the present invention, the terms "board" and "side brick" are used similarly.
За счет применения предварительно сжатого графитового листа вместо обычно применяемой содержащей каменноугольную смолу набивной массы можно уменьшить ширину зазора между катодными блоками и тем самым увеличить эффективную площадь поверхности катода. Этот служащий заполнителем между двумя катодными блоками материал не только способен уплотнять зазор между двумя катодными блоками, но и способен благодаря присущей ему сжимаемости компенсировать набухание катодных блоков и/или бортовых кирпичей, вызванное расширением под действием натрия, которое происходит во время электролиза. Натрий проникает в катодные блоки и/или бортовые кирпичи вследствие диффузии из расплава криолита (Na3AlF6).By using pre-compressed graphite sheet instead of the commonly used packed resin containing coal tar resin, it is possible to reduce the gap width between the cathode blocks and thereby increase the effective surface area of the cathode. This filler material between two cathode blocks is not only able to seal the gap between the two cathode blocks, but also due to its inherent compressibility to compensate for the swelling of the cathode blocks and / or side bricks caused by the expansion under the action of sodium that occurs during electrolysis. Sodium penetrates the cathode blocks and / or side bricks due to diffusion from the melt of cryolite (Na 3 AlF 6 ).
По этой причине в соответствии с изобретением предварительно сжатый графитовый лист имеет толщину 2-35 мм, предпочтительно 5-20 мм, особенно предпочтительно 10-15 мм. Минимальная толщина в 2 мм необходима для того, чтобы компенсировать вызванное натрием расширение катодного блока и/или борта.For this reason, in accordance with the invention, the pre-compressed graphite sheet has a thickness of 2-35 mm, preferably 5-20 mm, particularly preferably 10-15 mm. A minimum thickness of 2 mm is necessary in order to compensate for the sodium-induced expansion of the cathode block and / or bead.
Согласно изобретению предварительно сжатый графитовый лист имеет плотность 0,04-0,5 г/см3, предпочтительно 0,05-0,3 г/см3, особенно предпочтительно 0,07-0,1 г/см3. Плотность должна быть менее 0,5 г/см3 так, чтобы получить графитовый лист толщиной 2 мм при типичном весе на единицу площади 1000 г/м2. Этот графитовый лист может быть дополнительно сжат таким образом, чтобы между катодным блоком и/или бортом не образовывался зазор.According to the invention, the pre-compressed graphite sheet has a density of 0.04-0.5 g / cm 3 , preferably 0.05-0.3 g / cm 3 , particularly preferably 0.07-0.1 g / cm 3 . The density should be less than 0.5 g / cm 3 so as to obtain a graphite sheet 2 mm thick with a typical weight per unit area of 1000 g / m 2 . This graphite sheet may be further compressed so that no gap is formed between the cathode block and / or the bead.
В другом предпочтительном варианте осуществления заполнитель располагают на двух противоположных поверхностях катодного блока, которые примыкают к образующей зазор поверхности, а также на и в зазоре, так что заполнитель расположен заподлицо. Тот факт, что заполнитель расположен заподлицо, означает, что по смыслу изобретения заполнитель расположен на катодных блоках так, что катодная подина в любом случае имеет одинаковые размеры по длине, высоте и ширине. В катодной подине электролизера имеется пространство между бортами электролизера и катодными блоками. Заполнитель в этом случае расположен так, что он заполняет промежутки между катодными блоками и областями между катодными блоками и бортами. Таким образом, катодная подина образует все дно электролизера, то есть она простирается до всех бортов электролизера, причем она имеет участки с повышенной тепло- и электропроводностью в виде катодных блоков и участки с пониженной тепло- и электропроводностью в виде заполнителя, состоящего из терморасширенного графита и интеркаляционного соединения графита.In another preferred embodiment, the filler is placed on two opposite surfaces of the cathode block, which are adjacent to the surface forming the gap, as well as on and in the gap, so that the filler is flush. The fact that the aggregate is flush means that, within the meaning of the invention, the aggregate is located on the cathode blocks so that the cathode hearth in any case has the same dimensions in length, height and width. In the cathode bottom of the cell there is a space between the sides of the cell and the cathode blocks. The filler in this case is located so that it fills the gaps between the cathode blocks and the areas between the cathode blocks and the sides. Thus, the cathode hearth forms the entire bottom of the cell, that is, it extends to all the sides of the cell, and it has sections with increased thermal and electrical conductivity in the form of cathode blocks and sections with reduced thermal and electrical conductivity in the form of a filler consisting of thermally expanded graphite and intercalation compounds of graphite.
Катодные блоки предпочтительно имеют больший размер в длину, чем размер в ширину, тогда как размеры в ширину и в высоту приблизительно равны. Обычно катодные блоки имеют длину до 3800 мм, ширину 700 мм и высоту 500 мм. Предпочтительно, по меньшей мере два катодных блока расположены так, что их размеры в длину параллельны. Заданное расстояние между двумя катодными блоками обычно составляет приблизительно 30-60 мм. За счет применения заполнителя в соответствии с настоящим изобретением возможно уменьшение расстояния между катодными блоками. Поэтому, например, при использовании катодных блоков шириной 650 мм расстояние между катодными блоками должно составлять не менее 40 мм при применении обычных набивных масс в качестве заполнителя между ними, тогда как при применении предварительного сжатого графитового листа оно может быть уменьшено до 10 мм. Поэтому эффективная площадь поверхности катодных блоков увеличивается примерно на 5%, когда ширина зазоров 40 мм между катодными блоками шириной 650 мм уменьшается, например, до 10 мм.The cathode blocks are preferably larger in size than the size in width, while the dimensions in width and height are approximately equal. Typically, cathode blocks are up to 3800 mm long, 700 mm wide and 500 mm high. Preferably, at least two cathode blocks are arranged so that their lengths are parallel. The predetermined distance between the two cathode blocks is usually about 30-60 mm. By using an aggregate in accordance with the present invention, it is possible to reduce the distance between the cathode blocks. Therefore, for example, when using cathode blocks with a width of 650 mm, the distance between the cathode blocks should be at least 40 mm when using conventional packing masses as a filler between them, whereas when using pre-compressed graphite sheet it can be reduced to 10 mm. Therefore, the effective surface area of the cathode blocks increases by about 5% when the width of the gaps of 40 mm between the cathode blocks with a width of 650 mm decreases, for example, to 10 mm.
Предпочтительно, по меньшей мере один катодный блок содержит по меньшей мере одно средство для соединения с источником питания. Например, катодный блок содержит по меньшей мере один паз для приема токоотводящего стержня, который может быть соединен с источником питания. Когда по меньшей мере два катодных блока ориентированы так, что их длины взаимно параллельны, то этот паз предпочтительно ориентирован в продольном направлении катодного блока, т.е. паз вытянут параллельно образовавшемуся между двумя катодными блоками зазору. Разумеется, катодная подина может дополнительно содержать соединительный элемент между катодным блоком и токоотводящим стержнем, например, контактную массу или аналогичный материал.Preferably, the at least one cathode block comprises at least one means for connecting to a power source. For example, the cathode block contains at least one groove for receiving a collector rod, which can be connected to a power source. When at least two cathode blocks are oriented so that their lengths are mutually parallel, then this groove is preferably oriented in the longitudinal direction of the cathode block, i.e. the groove is elongated in parallel to the gap formed between the two cathode blocks. Of course, the cathode hearth may further comprise a connecting element between the cathode block and the collector rod, for example, a contact mass or similar material.
Упомянутый по меньшей мере один катодный блок выполнен так, что он электро- и теплопроводен, стоек к высоким температурам, химически стабилен по отношению к компонентам электролизной ванны и не способен образовывать сплав с алюминием. Катодный блок предпочтительно выполнен из графита и/или аморфного углерода. В частности, катодный блок содержит графит или графитированный углерод, поскольку они больше, чем другие материалы, соответствуют требованиям в отношении тепло- и электропроводности и химической стойкости для формирования катодной подины в электролизере для производства алюминия.Mentioned at least one cathode block is made so that it is electrically and thermally conductive, resistant to high temperatures, chemically stable with respect to the components of the electrolysis bath and is not able to form an alloy with aluminum. The cathode block is preferably made of graphite and / or amorphous carbon. In particular, the cathode block contains graphite or graphitized carbon, since they more than other materials meet the requirements for thermal and electrical conductivity and chemical resistance to form a cathode hearth in an aluminum electrolysis cell.
Катодная подина, имеющая в предыдущих предпочтительных вариантах осуществления по меньшей мере два катодных блока и/или по меньшей мере один катодный блок и по меньшей мере один бортовой кирпич, содержит области, которые имеют высокую проводимость, а там, где имеется заполнитель из предварительно сжатого графитового листа, содержит области, которые обычно имеют более низкую проводимость, чем катодные блоки и/или бортовые кирпичи, но которые способны уплотнять образованные между катодными блоками промежутки так, что никакие компоненты ванны не могут проникать во время электролиза в нижние области катодной подины. Таким образом, оба компонента, т.е. катодные блоки или бортовые кирпичи и предварительно сжатый графитовый лист, выполняют различные функции катодной подины. Вследствие многофункциональной конструкции эта катодная подина может быть рассчитана на широкое применение. В связи с расположением множества катодных блоков и/или катодных блоков и бортовых кирпичей образуется большая проводящая катодная поверхность, а за счет эффективного уплотнения зазоров между катодными блоками с использованием предварительно сжатого графитового листа предотвращается износ и повреждение катодных поверхностей между катодными блоками.The cathode hearth, which in the previous preferred embodiments has at least two cathode blocks and / or at least one cathode block and at least one side brick, contains regions that have high conductivity and where there is a pre-compressed graphite aggregate of the sheet, contains areas that typically have lower conductivity than cathode blocks and / or bead bricks, but which are able to compact the gaps formed between the cathode blocks so that no components in nna can not penetrate during the electrolysis in the lower region of the cathodic hearth. Thus, both components, i.e. cathode blocks or side bricks and a pre-compressed graphite sheet perform various functions of the cathode hearth. Due to the multifunctional design, this cathode hearth can be designed for widespread use. Due to the location of the plurality of cathode blocks and / or cathode blocks and bead bricks, a large conductive cathode surface is formed, and due to the effective sealing of the gaps between the cathode blocks using a pre-compressed graphite sheet, wear and damage to the cathode surfaces between the cathode blocks is prevented.
Катодная подина в соответствии с изобретением может быть изготовлена способом, включающим следующие стадии:The cathode hearth in accordance with the invention can be manufactured by a method comprising the following steps:
A) обеспечение по меньшей мере одного катодного блока;A) providing at least one cathode block;
B) размещение заполнителя на по меньшей мере одной поверхности по меньшей мере одного катодного блока, при этом заполнитель содержит по меньшей мере один предварительно сжатый лист на основе терморасширенного графита и интеркаляционного соединения графита;B) placing the aggregate on at least one surface of the at least one cathode block, wherein the aggregate comprises at least one pre-compressed sheet based on thermally expanded graphite and an intercalation compound of graphite;
C) размещение по меньшей мере одного другого катодного блока или по меньшей мере одного бортового кирпича на заданном расстоянии от упомянутого по меньшей мере одного катодного блока так, чтобы заполнитель заполнил зазор, образовавшийся вследствие размещения другого катодного блока или бортового кирпича на заданном расстоянии от упомянутого по меньшей мере одного катодного блока.C) placing at least one other cathode block or at least one bead brick at a predetermined distance from said at least one cathode block so that the filler fills the gap formed by placing another cathode block or bead brick at a predetermined distance from said at least one cathode block.
За счет изготовления катодной подины, содержащей предварительно сжатый графитовый лист, может быть получена высокоэффективная площадь поверхности катода благодаря возможности близкого друг с другом расположения множества катодных блоков. Изготовление катодного блока происходит таким образом, что заполнитель за счет своего расположения на этом по меньшей мере одном катодном блоке соединен с ним геометрическим замыканием, при необходимости дополнительно используют клей.By manufacturing a cathode hearth containing a pre-compressed graphite sheet, a highly efficient cathode surface area can be obtained due to the possibility of a close arrangement of a plurality of cathode blocks. The cathode block is manufactured in such a way that the filler is geometrically connected to it due to its location on this at least one cathode block, and glue is additionally used if necessary.
Располагая другой катодный блок или бортовой кирпич на катодном блоке, во-первых, посредством предварительно сжатого графитового листа обеспечивают еще одно соединение с геометрическим замыканием между катодными блоками или между катодным блоком и бортовым кирпичом. Другой катодный блок или бортовой кирпич устанавливают за счет гидравлического или механического прижатия, используя при необходимости клей и, таким образом, создают соединение с силовым замыканием. С помощью способа по изобретению можно уменьшить ширину зазора между катодными блоками или между катодным блоком и бортовым кирпичом по сравнению с обычной шириной зазора и тем самым увеличить эффективную площадь поверхности катода. Предварительно сжатый графитовый лист, заполняющий зазор, сжимаем частично обратимо, так что он может компенсировать набухание катодных блоков.When placing another cathode block or bead brick on the cathode block, firstly, by means of a pre-compressed graphite sheet, they provide another connection with a geometric circuit between the cathode blocks or between the cathode block and the bead brick. Another cathode block or on-board brick is installed by hydraulic or mechanical pressing, using glue if necessary and, thus, creating a connection with a power circuit. By using the method according to the invention, it is possible to reduce the gap width between the cathode blocks or between the cathode block and the bead brick compared to the usual gap width and thereby increase the effective cathode surface area. The pre-compressed graphite sheet filling the gap is partially compressible, so that it can compensate for the swelling of the cathode blocks.
После размещения другого катодного блока, в зазоре устанавливают предварительно сжатый графитовый лист, представляющий собой слабоупругий заполнитель, который уплотняет этот зазор без образования полостей. Стадия размещения по меньшей мере одного другого катодного блока может выполняться до или после размещения заполнителя на по меньшей мере одном катодном блоке.After placing another cathode block, a pre-compressed graphite sheet is installed in the gap, which is a weakly elastic filler, which compacts this gap without forming cavities. The step of arranging at least one other cathode block may be performed before or after placing the filler on the at least one cathode block.
Катодные блоки до или после их обеспечения (поставки) могут быть снабжены средствами, которые позволяют подсоединять их к источнику питания. Например, катодный блок может быть до или после поставки снабжен по меньшей мере одним пазом, в который вставляют по меньшей мере один токоотводящий стержень, который может быть подсоединен к источнику питания. Кроме того, обработанный таким образом катодный блок до или после поставки может быть снабжен другими средствами, например, между катодным блоком и токоотводящим стержнем может быть расположена контактная масса.The cathode blocks before or after their provision (delivery) can be equipped with means that allow them to be connected to a power source. For example, the cathode block may be provided with at least one groove before or after delivery, into which at least one collector rod is inserted, which can be connected to a power source. In addition, the cathode block thus treated before or after delivery can be provided with other means, for example, a contact mass can be placed between the cathode block and the collector rod.
Катодная подина в соответствии с изобретением используется в электролизере для производства алюминия. В предпочтительном варианте осуществления электролизер содержит ванну, которая, как правило, содержит листовое железо или сталь и имеет круглую или четырехугольную, предпочтительно прямоугольную, форму. Борта ванны могут быть футерованы углеродом, графитом или карбидом кремния. Предпочтительно, по меньшей мере днище ванны футеровано теплоизоляцией. Катодная подина расположена на днище ванны или на теплоизоляции. По меньшей мере два, предпочтительно 10-24, катодных блока расположены параллельно один другому относительно их длины на заданном расстоянии один от другого так, что между ними образуется зазор, который соответственно заполнен по меньшей мере одним предварительно сжатым графитовым листом. Пространства между бортами и катодными блоками заполнены либо заполнителем, который содержит предварительно сжатый графитовый лист, либо обычной антрацитовой набивной массой. Аналогично, промежутки между катодными блоками могут быть заполнены либо предварительно сжатым графитовым листом, либо обычной антрацитовой набивной массой. Каждый зазор катодной подины может быть заполнен по-разному. Катодные блоки подсоединены к отрицательному полюсу источника питания. По меньшей мере один анод, например электрод Содерберга или предварительно обожженный электрод, подвешен на соединенной с положительным полюсом источника питания опорной раме и выступает в ванну, не касаясь катодной подины или бортов ванны. Предпочтительно, расстояние от анода до стенок больше, чем до катодной подины или образующегося слоя алюминия.The cathode hearth in accordance with the invention is used in an electrolytic cell for the production of aluminum. In a preferred embodiment, the cell contains a bath, which typically contains sheet metal or steel and has a round or quadrangular, preferably rectangular, shape. The sides of the bathtub can be lined with carbon, graphite or silicon carbide. Preferably, at least the bottom of the bath is lined with thermal insulation. The cathode hearth is located on the bottom of the bathtub or on thermal insulation. At least two, preferably 10-24, cathode blocks are arranged parallel to one another relative to their length at a predetermined distance from one another so that a gap is formed between them, which is respectively filled with at least one pre-compressed graphite sheet. The spaces between the sides and the cathode blocks are filled either with a filler, which contains a pre-compressed graphite sheet, or with an ordinary anthracite packing mass. Similarly, the gaps between the cathode blocks can be filled with either a pre-compressed graphite sheet or a conventional anthracite packing mass. Each cathode hearth gap can be filled in different ways. The cathode blocks are connected to the negative pole of the power source. At least one anode, for example, a Soderberg electrode or a prebaked electrode, is suspended on a support frame connected to the positive pole of the power source and protrudes into the bath without touching the cathode bottom or sides of the bath. Preferably, the distance from the anode to the walls is greater than to the cathode hearth or the resulting aluminum layer.
Для получения алюминия раствор оксида алюминия в расплавленном криолите подвергают электролизу расплава при температуре около 960°С, при этом борта ванны покрываются твердой коркой смеси-расплава, а алюминий накапливается под расплавом, поскольку алюминий обладает более высокой плотностью, чем расплав.To obtain aluminum, a solution of aluminum oxide in molten cryolite is subjected to melt electrolysis at a temperature of about 960 ° C, while the sides of the bath are covered with a solid crust of the melt mixture, and aluminum accumulates under the melt, since aluminum has a higher density than the melt.
Другие признаки и преимущества изобретения описаны ниже со ссылкой на следующие чертежи, не ограничиваясь ими, причем:Other features and advantages of the invention are described below with reference to the following drawings, not limited to, moreover:
На фиг.1 показано схематическое изображение поперечного сечения катодной подины в соответствии с изобретением;Figure 1 shows a schematic cross section of a cathode hearth in accordance with the invention;
На фиг.2 показано схематическое изображение поперечного сечения части электролизера для производства алюминия, который содержит катодную подину в соответствии с изобретением;Figure 2 shows a schematic cross-sectional view of a portion of an electrolytic cell for producing aluminum, which comprises a cathode hearth in accordance with the invention;
На фиг.3а-3с схематически показана последовательность стадий изготовления катодной подины в соответствии с изобретением; иFigures 3a-3c schematically show a sequence of steps for manufacturing a cathode hearth in accordance with the invention; and
На фиг.4а-4с схематически показана другая последовательность стадий изготовления катодной подины в соответствии с изобретением.4a-4c schematically shows another sequence of steps for manufacturing a cathode hearth in accordance with the invention.
На фиг.1 показано схематическое изображение поперечного сечения катодной подины 1 в соответствии с изобретением. Катодная подина 1 содержит заполнитель 3 из предварительно сжатого графитового листа, который заполняет зазор 5, образованный между двумя катодными блоками 7. Катодные блоки 7 обладают достаточной для применения в электролизе солевого расплава электро- и теплопроводностью и изготовлены, например, из графитированного углерода. Каждый из катодных блоков 7 содержит паз 9 для приема токоотводящего стержня (не показан), который делает возможным их подсоединение к источнику питания. Заполнитель 3 и катодные блоки 7 заканчиваются заподлицо.Figure 1 shows a schematic cross section of a
На фиг.2 показано схематическое изображение поперечного сечения части электролизера 213 для производства алюминия. Электролизер 213 содержит ванну 215 из стали. Борта 217 ванны 215, одна из которых показана на фиг.2, футерованы бортовыми кирпичами 219 из графита, один из которых показан на фиг.2. Днище ванны 215 футеровано теплоизоляционным слоем 221, который покрывает днище полностью. Катодная подина 21 расположена на теплоизоляционном слое 221. Катодная подина 21 содержит заполнитель 23 и катодные блоки 27, два из которых показаны на фиг.2, которые расположены на заданном расстоянии один от другого. В стандартных электролизерах заполнитель 24, расположенный между бортовым кирпичом 219 и катодным блоком 27, представляет собой набивную массу из углерода. Ею заполняется зазор между кирпичом 219 и катодным блоком 27. В соответствии с изобретением заполнитель 24 может также представлять собой предварительно сжатый графитовый лист. Заполнитель 23 также содержит предварительно сжатый графитовый лист. Между каждым катодным блоком 27 образован зазор 25. Заполнитель 23 заполняет зазор 25, а набивная масса 24 заполняет соответствующий промежуток между катодным блоком 27 и бортом 217, так что теплоизоляционный слой 221 полностью покрыт катодной подиной 21, содержащей набивную массу 24, заполнитель 23 и катодные блоки 27. Как показано на фиг.2, заполнитель 23 заканчивается заподлицо с катодными блоками 27. Каждый катодный блок 27 содержит паз 29, пригодный для приема токоотводящего стержня (не показан), который может быть соединен с отрицательным полюсом источника питания (не показан). Кроме того, электролизер 213 содержит аноды 223, два из которых показаны на фиг.2 и каждый из которых подвешен на соединенном с положительным полюсом источника питания (не показан) держателе 225. В электролизере 213 находится раствор 227 оксида алюминия в расплавленном криолите. Во время электролиза алюминий 229 накапливается между раствором 227 и катодной подиной 21.Figure 2 shows a schematic cross-sectional view of a portion of an
На фиг.3а-3с схематически показана последовательность стадий изготовления катодной подины 31 в соответствии с изобретением.Figures 3a-3c schematically show the sequence of steps for manufacturing a cathode hearth 31 in accordance with the invention.
На фиг.3а показана подготовка двух катодных блоков 37, каждый из которых имеет паз 39 для приема токоотводящего стержня и которые расположены на заданном расстоянии один от другого так, что образуется зазор 35. На фиг.3b показан заполнитель 33, содержащий предварительно сжатый графитовый лист, который вставляют в зазор 35. На фиг.3с показана катодная подина 31 так, как она может использоваться в электролизере для производства алюминия. Заполнитель 33 заполняет зазор 35. Размеры заполнителя 33 выбраны так, что он заканчивается заподлицо с катодными блоками 37 и полностью заполняет зазор 35. Следует отметить, что возможные соединения и средства соединения катодной подины 31 с источником питания были опущены на фиг.3а-3с для ясности.On figa shows the preparation of two
На фиг.4а-4с схематически показана другая последовательность стадий изготовления катодной подины 41 в соответствии с настоящим изобретением.4a-4c schematically shows another sequence of steps for manufacturing a cathode hearth 41 in accordance with the present invention.
На фиг.4а показана подготовка катодного блока 47, который содержит паз 49 для приема токоотводящего стержня (не показан). На фиг.4b показан заполнитель 43, содержащий предварительно сжатый графитовый лист, который располагают плоским на поверхности катодного блока 47, причем при необходимости для закрепления используют клей. На фиг.4с показано, что другой катодный блок 47 с пазом 49 располагают на заполнителе 43 так, что он соединяется с этим катодным блоком 47 посредством заполнителя 43 с силовым замыканием. На фиг.4с показана катодная подина 41 так, как она может использоваться в электролизере для производства алюминия. Повторяя показанные на фиг.4b и 4c стадии, можно изготовить катодную подину с множеством расположенных рядом друг с другом катодных блоков. Следует отметить, что возможные соединения и средства соединения катодной подины 41 с источником питания были опущены на фиг.4а-4с для ясности.On figa shows the preparation of the
Далее настоящее изобретение описано на основе примеров осуществления, причем эти примеры осуществления не ограничивают изобретение.Further, the present invention is described based on embodiments, and these embodiments do not limit the invention.
Пример 1 осуществленияExample 1 implementation
К 20 г графита добавили 50 г серной кислоты (95-98%-ной) и 1 г Н2О2 (70%-ного). После истечения времени интеркаляции в 20 минут реакционную смесь отфильтровали под вакуумом, промыли дистиллированной водой (приблизительно 250 мл) несколькими порциями и еще раз отфильтровали под вакуумом. Полученное интеркаляционное соединение графита высушили при 120°С до постоянного веса. Затем 90 мас.% полученного интеркаляционного соединения графита расширяли при примерно 1000°С. К полученному таким образом терморасширенному графиту добавили 10 мас.% интеркаляционного соединения графита путем непрерывного распределения интеркаляционного соединения графита на слое частиц терморасширенного графита, которые затем немедленно сжимали.To 20 g of graphite was added 50 g of sulfuric acid (95-98%) and 1 g of H 2 O 2 (70%). After an intercalation time of 20 minutes, the reaction mixture was filtered under vacuum, washed with distilled water (approximately 250 ml) in several portions, and again filtered under vacuum. The resulting graphite intercalation compound was dried at 120 ° C. to constant weight. Then 90 wt.% Of the obtained graphite intercalation compound was expanded at about 1000 ° C. To the thermally expanded graphite thus obtained, 10% by weight of the intercalation compound of graphite was added by continuously distributing the intercalation compound of graphite on a layer of thermally expanded graphite particles, which were then immediately compressed.
Пример 2 осуществленияExample 2 implementation
К 20 г графита добавили 50 г серной кислоты (95-98%-ной) и 1 г Н2О2 (70%-ного). После истечения времени интеркаляции в 20 минут реакционную смесь отфильтровали под вакуумом, промыли дистиллированной водой (приблизительно 250 мл) несколькими порциями и еще раз отфильтровали под вакуумом. Полученное интеркаляционное соединение графита высушили при 120°С до постоянного веса. Затем 90 мас.% полученного интеркаляционного соединения графита расширяли при примерно 1000°С и по желобу подавали на конвейерную ленту. В этот желоб непрерывно подавали 10 мас.% интеркаляционного соединения графита в соотношении 1:9. Затем немедленно сжимали.To 20 g of graphite was added 50 g of sulfuric acid (95-98%) and 1 g of H 2 O 2 (70%). After an intercalation time of 20 minutes, the reaction mixture was filtered under vacuum, washed with distilled water (approximately 250 ml) in several portions, and again filtered under vacuum. The resulting graphite intercalation compound was dried at 120 ° C. to constant weight. Then 90 wt.% Of the obtained graphite intercalation compound was expanded at about 1000 ° C and fed through a gutter to a conveyor belt. 10 wt.% Of graphite intercalation compound was continuously fed into this trough in a ratio of 1: 9. Then immediately squeezed.
Список ссылочных позицийList of Reference Items
1 - катодная подина1 - cathode hearth
3 - заполнитель3 - placeholder
5 - зазор5 - clearance
7 - катодный блок7 - cathode block
9 - паз9 - groove
21 - катодная подина21 - cathode hearth
23 - заполнитель23 - placeholder
24 - набивная масса24 - stuffed mass
25 - зазор25 - clearance
27 - катодный блок27 - cathode block
29 - паз29 - groove
31 - катодная подина31 - cathode hearth
33 - заполнитель33 - placeholder
35 - зазор35 - clearance
37 - катодный блок37 - cathode block
39 - паз39 - groove
41 - катодная подина41 - cathode hearth
43 - заполнитель43 - placeholder
45 - зазор45 - clearance
47 - катодный блок47 - cathode block
49 - паз49 - groove
213 - электролизер213 - electrolyzer
215 - ванна215 - bath
217 - борт217 - board
219 - бортовой кирпич219 - side brick
221 - теплоизоляционные слои 221 - insulation layers
223 - анод223 - anode
225 - держатель225 - holder
227 - раствор оксида алюминия227 - aluminum oxide solution
229 - алюминий.229 - aluminum.
Claims (13)
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102015011952.4A DE102015011952A1 (en) | 2015-09-18 | 2015-09-18 | Cathode bottom, method for producing a cathode bottom and use thereof in an electrolytic cell for the production of aluminum |
| DE102015011952.4 | 2015-09-18 | ||
| PCT/EP2016/072048 WO2017046376A1 (en) | 2015-09-18 | 2016-09-16 | Cathode bottom for producing aluminum |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2018113972A3 RU2018113972A3 (en) | 2019-10-18 |
| RU2018113972A RU2018113972A (en) | 2019-10-18 |
| RU2707304C2 true RU2707304C2 (en) | 2019-11-26 |
Family
ID=56936433
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018113972A RU2707304C2 (en) | 2015-09-18 | 2016-09-16 | Cathode hearth for aluminum production |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20180282888A1 (en) |
| EP (1) | EP3350358B1 (en) |
| JP (1) | JP6629433B2 (en) |
| CN (1) | CN108350587B (en) |
| DE (1) | DE102015011952A1 (en) |
| PL (1) | PL3350358T3 (en) |
| RU (1) | RU2707304C2 (en) |
| UA (1) | UA120662C2 (en) |
| WO (1) | WO2017046376A1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115142093B (en) * | 2022-07-14 | 2024-01-30 | 湖南大学 | Prebaked anode antioxidant, preparation method and application thereof |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2227178C2 (en) * | 1998-12-16 | 2004-04-20 | Алкан Интернешнел Лимитед | Method of production of multi-layer cathode structure |
| RU2389826C2 (en) * | 2005-12-22 | 2010-05-20 | Сгл Карбон Аг | Cathodes for aluminium electrolytic cells with foam graphite lining |
| WO2010142580A1 (en) * | 2009-06-09 | 2010-12-16 | Sgl Carbon Se | Cathode bottom, method for producing a cathode bottom, and use of the same in an electrolytic cell for producing aluminum |
| US7867615B2 (en) * | 1920-09-26 | 2011-01-11 | Oiles Corporation | Heat-resistant exfoliated graphite sheet |
| RU2529432C1 (en) * | 2010-09-20 | 2014-09-27 | Сгл Карбон Се | Electrolysis cell cathode |
| RU2013141549A (en) * | 2011-02-11 | 2015-03-20 | Сгл Карбон Се | CATHODE DEVICE AND CATHODE UNIT WITH DIRECTED groove deepening |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB991581A (en) * | 1962-03-21 | 1965-05-12 | High Temperature Materials Inc | Expanded pyrolytic graphite and process for producing the same |
| US4175022A (en) * | 1977-04-25 | 1979-11-20 | Union Carbide Corporation | Electrolytic cell bottom barrier formed from expanded graphite |
| US5176863A (en) * | 1991-08-06 | 1993-01-05 | Ucar Carbon Technology Corporation | Flexible graphite composite fire retardant wallpaper and method |
| US5531454A (en) * | 1994-12-29 | 1996-07-02 | Indian Head Industries, Inc. | Expandable gasket, sealed joint and method of forming same |
| US5494506A (en) * | 1995-01-17 | 1996-02-27 | Ucar Carbon Technology Corporation | Gas filtering device for air bag gas generator |
| US5985452A (en) * | 1997-03-18 | 1999-11-16 | Ucar Carbon Technology Corporation | Flexible graphite composite sheet and method |
| DE10003927A1 (en) | 2000-01-29 | 2001-08-02 | Sgl Technik Gmbh | Process for the preparation of expandable graphite intercalation compounds using phosphoric acids |
-
2015
- 2015-09-18 DE DE102015011952.4A patent/DE102015011952A1/en not_active Withdrawn
-
2016
- 2016-09-16 PL PL16766325T patent/PL3350358T3/en unknown
- 2016-09-16 CN CN201680066627.4A patent/CN108350587B/en active Active
- 2016-09-16 UA UAA201804202A patent/UA120662C2/en unknown
- 2016-09-16 JP JP2018514359A patent/JP6629433B2/en active Active
- 2016-09-16 RU RU2018113972A patent/RU2707304C2/en active
- 2016-09-16 US US15/760,808 patent/US20180282888A1/en not_active Abandoned
- 2016-09-16 EP EP16766325.1A patent/EP3350358B1/en active Active
- 2016-09-16 WO PCT/EP2016/072048 patent/WO2017046376A1/en active Application Filing
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7867615B2 (en) * | 1920-09-26 | 2011-01-11 | Oiles Corporation | Heat-resistant exfoliated graphite sheet |
| RU2227178C2 (en) * | 1998-12-16 | 2004-04-20 | Алкан Интернешнел Лимитед | Method of production of multi-layer cathode structure |
| RU2389826C2 (en) * | 2005-12-22 | 2010-05-20 | Сгл Карбон Аг | Cathodes for aluminium electrolytic cells with foam graphite lining |
| WO2010142580A1 (en) * | 2009-06-09 | 2010-12-16 | Sgl Carbon Se | Cathode bottom, method for producing a cathode bottom, and use of the same in an electrolytic cell for producing aluminum |
| RU2529432C1 (en) * | 2010-09-20 | 2014-09-27 | Сгл Карбон Се | Electrolysis cell cathode |
| RU2013141549A (en) * | 2011-02-11 | 2015-03-20 | Сгл Карбон Се | CATHODE DEVICE AND CATHODE UNIT WITH DIRECTED groove deepening |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP3350358B1 (en) | 2019-08-14 |
| PL3350358T3 (en) | 2019-12-31 |
| US20180282888A1 (en) | 2018-10-04 |
| UA120662C2 (en) | 2020-01-10 |
| CN108350587A (en) | 2018-07-31 |
| CN108350587B (en) | 2020-04-07 |
| EP3350358A1 (en) | 2018-07-25 |
| WO2017046376A1 (en) | 2017-03-23 |
| JP2018527468A (en) | 2018-09-20 |
| JP6629433B2 (en) | 2020-01-15 |
| RU2018113972A3 (en) | 2019-10-18 |
| RU2018113972A (en) | 2019-10-18 |
| DE102015011952A1 (en) | 2017-03-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2135643C1 (en) | Suspension, carbon-containing cell component, method of applying refractory boride, method of protecting carbon-containing component, mass of carbon-containing component, electrochemical cell component, method of increasing immunity to oxidation, aluminum production cell, and utilization of cell | |
| RU2567777C2 (en) | Cathode hearth, method of cathode hearth manufacturing and its use in electrolytic cell for aluminium manufacturing | |
| IT8224681A1 (en) | Refillable electrochemical cell suitable for secondary use | |
| US3764509A (en) | Electrolytic furnaces for the production of aluminium | |
| US4247381A (en) | Facility for conducting electrical power to electrodes | |
| US4411758A (en) | Electrolytic reduction cell | |
| RU2707304C2 (en) | Cathode hearth for aluminum production | |
| CN1342219A (en) | Graphite cathode for electrolysis of aluminium | |
| US3787300A (en) | Method for reduction of aluminum with improved reduction cell and anodes | |
| CA1228834A (en) | Sub-cathode metal lining with deformable areas for hall-heroult electrolytic cells | |
| RU2642815C2 (en) | Cathode unit having groove of variable depth and completed intermediate space | |
| SU1708935A1 (en) | Hearth of aluminium electrolyzer | |
| US20170362726A1 (en) | Cover for an electrolysis cell for procuding aluminium | |
| RU2449060C2 (en) | Electrolysis unit bottom for obtaining aluminium | |
| JP2021021133A (en) | Anode configuration structure, molten salt electrolytic device, and metal production method | |
| RU2458185C1 (en) | Cathode device of aluminium electrolyser | |
| CA1181716A (en) | Low density particulate carbon electrode for reduction of aluminum compound | |
| JP2013537939A (en) | Electrolytic cell for aluminum production | |
| Dumas et al. | Low Electrical Resistivity and High Thermal Conductivity Carbon Products: the Solution For Cell Lining | |
| CN101838821A (en) | Novel lining of aluminum electrolysis cell | |
| NZ204405A (en) | Electrolytic cell of hall-heroult type |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HZ9A | Changing address for correspondence with an applicant | ||
| PD4A | Correction of name of patent owner |