SK17262000A3 - Spôsob spracovania taveniny a zariadenie na vykonávanie tohto spôsobu - Google Patents
Spôsob spracovania taveniny a zariadenie na vykonávanie tohto spôsobu Download PDFInfo
- Publication number
- SK17262000A3 SK17262000A3 SK1726-2000A SK17262000A SK17262000A3 SK 17262000 A3 SK17262000 A3 SK 17262000A3 SK 17262000 A SK17262000 A SK 17262000A SK 17262000 A3 SK17262000 A3 SK 17262000A3
- Authority
- SK
- Slovakia
- Prior art keywords
- metal
- melt
- vessel
- molten
- compound
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 239000000155 melt Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 87
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 87
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 46
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 45
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims abstract description 39
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims abstract description 39
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 39
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 30
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 5
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 claims description 37
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 15
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 claims description 15
- 229910000873 Beta-alumina solid electrolyte Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 9
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 9
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 8
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 5
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 5
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000032258 transport Effects 0.000 claims description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 3
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000000289 melt material Substances 0.000 claims 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 abstract description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 25
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 24
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 17
- DLFVBJFMPXGRIB-UHFFFAOYSA-N Acetamide Chemical compound CC(N)=O DLFVBJFMPXGRIB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 10
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 4
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 4
- 150000003388 sodium compounds Chemical class 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 101100165177 Caenorhabditis elegans bath-15 gene Proteins 0.000 description 2
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N Sodium Chemical compound [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012768 molten material Substances 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N Sodium cation Chemical compound [Na+] FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical group [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 230000002925 chemical effect Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 150000008040 ionic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000010128 melt processing Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 229910001251 solid state electrolyte alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
- 229910052845 zircon Inorganic materials 0.000 description 1
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C22/00—Alloys based on manganese
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
- C22C1/026—Alloys based on aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
- C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
- C22C21/04—Modified aluminium-silicon alloys
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
- Polarising Elements (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
Description
Spôsob spracovania taveniny a zariadenie na uskutočnenie tohto spôsobu
Oblasť techniky
Tento vynález sa týka spôsobu spracovania taveniny a to pridávaním stopových množstiev kovu do taveniny. Predovšetkým ide o pridávanie kovu zo skupiny 1A periodickej sústavy do taveniny iného kovu, napr. hliníka alebo zinku. Kovom zo skupiny 1A môže teda byť napríklad hliník alebo lítium. Tento vynález sa týka predovšetkým pridávania sodíka do roztaveného hliníka alebo roztavenej zliatiny hliníka; hoci je možné oceniť, že sa neobmedzuje len na túto aplikáciu, budeme ho v ďalšom opisovať v súvislosti s uvedenými kovmi. Vynález sa týka aj zariadenia na uskutočnenie uvedeného spôsobu.
Doterajší stav techniky
Pridávanie stopových množstiev sodíka, napr. menších ako cca 200 ppm (milióntin), do hliníkovej taveniny je dobre známe. Výsledkom môže byť zlepšenie kvality odliatkov, ktoré sa budú dať ľahšie vybrať z formy a budú sa menej zmrašťovať.
Sodík sa bežne pridáva do hliníkovej taveniny v kovovej forme vo forme tyčiniek, alebo v hliníkových konzervách, alebo v tvare tabliet zlúčeniny sodíka; zatiaľ čo tieto metódy sú výhodné svojou jednoduchosťou, sú veľmi málo účinné. Vzhľadom na búrlivosť prebiehajúcej reakcie sa väčšina pridávaného sodíka stratí v dôsledku oxidácie a vzniká značné množstvo dymu. Preto je potrebné pridávanie často opakovať, a táto metóda je veľmi stratová, ekologicky nevhodná a pridávané množstvo sa nedá účinne kontrolovať.
V EP-A-0688881 sa uvádza spôsob, ako tieto nevýhody prekonať. Ide o metódu pridávania sodíka do taveniny hliníka alebo jeho zlúčeniny, pri ktorej sa elektróda obsahujúca roztavený sodík alebo roztavenú zlúčeninu sodíka ponorí do hliníkovej taveniny a oddelí sa od nej pomocou elektrolytu v pevnom skupenstve, ktorý vedie ióny sodíka. Medzi touto elektródou a taveninou prechádza jednosmerný prúd, a to pomocou druhej elektródy v tavenine. Hoci je táto metóda v zásade výhodná, môže dochádzať k problémom s taveninou, napr. ak by sa vyskytla chyba nádržky s elektrolytom v tuhom skupenstve.
Podstata vynálezu
Podstatou tohto vynálezu je poskytnutie vylepšeného prostriedku na pridávanie kovov.
B B
B B
BB
-2BBB BB
BB ·
Tento vynález teda prináša spôsob pridávania kovu do taveniny materiálu v nádobe, pri ktorej je roztavená zlúčenina daného kovu alebo roztok zlúčeniny tohto kovu v nádržke. Táto nádržka je umiestnená mimo uvedenej nádoby. Zlúčenina sa elektrolyticky rozkladá a ióny kovu prechádzajú stenou z elektrolytu v tuhom skupenstve, ktorý je vodivý; ióny prechádzajú z jednej strany steny na jej druhú stranu, zlučujú sa s elektrónmi na druhej strane steny a potom prechádzajú ako roztavený kov z nádržky do taveniny.
Ďalším aspektom tohto vynálezu je zariadenie na pridávanie kovu do materiálu v nádobe. Toto zariadenie sa skladá z nádržky na roztavenú zlúčeninu daného kovu, alebo na roztok zlúčeniny tohto kovu, ktorá je umiestnená mimo nádoby. Ide o elektrolytický rozklad roztavenej alebo rozpustenej zlúčeniny. Vo vnútri nádoby je stena, vytvorená z elektrolytu v tuhom skupenstve, ktoiý je vodivý na ióny daného kovu, takže ióny tohto kovu môžu prechádzať touto stenou z jednej strany na druhú. Na druhej strane tejto steny je zdroj elektrónov, ktoré sa zlučujú s iónmi daného kovu, a takto vytvorený roztavený kov prechádza z druhej strany steny do taveniny.
Pre variant tohto vynálezu, v ktorom je v nádržke roztavená zlúčenina daného kovu, obsahuje prístroj aj zariadenie na ohrev zlúčeniny daného kovu do roztaveného stavu.
Pre varianty tohto vynálezu, v ktorých sa používa roztok zlúčeniny daného kovu, sa ako rozpúšťadlo používa zvyčajne organické rozpúšťadlo, napr. acetamid alebo glycerol. Keď sa používa rozpúšťadlo, obsahuje tento vynález aj prostriedok proti značnému úbytku rozpúšťadla vyparovaním alebo varom.
Ako je uvedené vyššie, tavenina v nádobe bude bežne kovová, napr. zinková alebo hliníková; dá sa však oceniť, že tento vynález sa v zásade dá použiť aj na nekovové taveniny.
Ako je tiež uvedené vyššie, kov, ktorý sa má pridávať do taveniny bude bežne jeden z kovov skupiny IA z periodickej sústavy prvkov, a tento vynález je užitočný hlavne pre pridávanie sodíka.
Kovová zlúčenina by mala byť iónová; tento vynález sa však takisto dá použiť pre nevodivé kovové zlúčeniny. Je možné použiť aj zmes niekoľkých kovových zlúčenín (iónových alebo neiónových)
-3··· ·· ·· ···
Keď ide o iónovú zlúčeninu či zlúčeniny, prúd môže prechádzať medzi jednou elektródou umiestnenou v roztavenej zlúčenine, a druhou elektródou umiestnenou za druhou stenou elektrolytu v tuhom skupenstve, alebo na tejto druhej strane; ak však ide o zlúčeninu alebo zlúčeniny nevodivých kovov, musí byť jedna elektróda porézna a musí byť umiestnená tak, aby ležala na prvej strane tejto steny.
Takto dôjde k elektrolytickému rozkladu kovovej zlúčeniny, pričom sa kov vylučuje na druhej elektróde a aniónové látky sa vylučujú na prvej elektróde. Ako kovová zlúčenina sa najlepšie hodí soľ nejakého kovu, napríklad hydroxid, uhličitan alebo octan. Aniónová látka sa pri výboji rozkladá na jeden alebo viac plynov - napr. ak sa ako kovová zlúčenina použije hydroxid sodný, vytvorí sa vodná para a kyslík; ak sa ako kovová zlúčenina použije uhličitan sodný, vytvorí sa oxid uhličitý a kyslík. (Dá sa oceniť, že vznikajúca vodná para by sa mala odvádzať, aby neprišla do styku s taveninou v nádobe.)
Na začiatku procesu býva niekedy na druhej strane steny elektrolytu v tuhom skupenstve potrebná iniciácia. Dá sa dosiahnuť kontaktom medzi druhou stranou a druhou elektródou, alebo zabezpečením určitého množstva roztaveného kovu.
Stenou elektrolytu v tuhom skupenstve môže byť nádoba. V jednej z verzií táto nádoba je zároveň nádobou, v ktorej je kovová zlúčenina. Prvá elektróda pre požadovaný prechod kovu zasahuje teda do kovovej zlúčeniny, alebo leží na vnútornej (prvej) strane steny. Ióny kovu preto prechádzajú stenou nádobky von, hromadia sa (vybíjajú sa) a tekutý kov potom prechádza z vonkajšej strany steny cez prechod do taveniny v nádobe. V druhom variante tohto vynálezu je nádobka z elektrolytu v tuhom skupenstve uložená v inej nádobke. Táto vonkajšia nádobka môže pôsobiť ako jedna z elektród na požadovaný prechod prúdu.
V tomto druhom variante môže byť kovová zlúčenina buď vo vnútornej nádobke z elektrolytu v tuhom skupenstve, alebo mimo tejto nádobky, avšak vo vonkajšej nádobke. Ióny kovu potom buď prechádzajú stenou vnútornej nádobky zvnútra smerom von alebo naopak, a elektrické vedenie je usporiadané podľa potreby. Pre tekutý kov je preto zabezpečený prechod zvnútra alebo zvonka vnútornej nádobky do taveniny v nádobe.
Elektródy môžu byť zhotovené z akéhokoľvek elektricky vodivého materiálu. Podľa toho, akú kovovú zlúčeninu používame, môže byť prvá elektróda napríklad z niklu, nehrdzavejúcej ocele alebo grafitu, a druhá elektróda napríklad z niklu, železa alebo ocele.
·· · • 9
-4• · 9 9 9
99 9
9 9 9 9
9 9 9 9
999 99 9
Ak sa do taveniny má pridávať sodík, môže sa ako zlúčenina, ktorá je zdrojom iónov sodíka, použiť napríklad hydroxid sodný alebo uhličitan sodný. Bez ohľadu na to, akú zlúčeninu použijeme, mala by byť kompatibilná s elektrolytom v tuhom skupenstve, nemala by byť jedovatá a mala by produkovať neškodné vedľajšie produkty.
Ak je potrebné použiť uhličitan sodný, je vhodné zmiešať ho s určitým množstvom chloridu sodného a tým znížiť teplotu tavenia čistého sodíka pre túto zmes z 858 °C na 635 °C. (Dá sa oceniť, že ak je treba použiť hydroxid sodný, je vhodné zmiešať ho s určitým množstvom uhličitanu sodného a tak znížiť teplotu tavenia čistého sodíka pre túto zmes z 322 °C na 285 °C.)
Ak zariadenie pracuje pri zvýšenej teplote, treba niekedy počas pridávania kovovej zlúčeniny postupovať, pretože tepelný náraz by mohol napríklad poškodiť tuhý elektrolyt. Čerstvá zlúčenina by sa napríklad mohla pridávať pomaly, alebo by elektrolyt mohol byť riešený tak, aby zniesol tepelný náraz. Dalo by sa to dosiahnuť napr. tak, že by elektrolyt mal vo všetkých oblastiach najmenej v dvoch smeroch polomer zakrivenia, a to najlepšie malý. Napríklad pri rúrkových elektrolytoch by sa priemer znížil na čo najnižšiu hodnotu. Tuhý elektrolyt (napr. beta-oxid hlinitý) by sa mohol spevniť napr. pridaním 12% zirkónu do štruktúry. V tomto vynáleze sa však dáva prednosť používaniu zvláštneho oddelenia, v ktorom sa čerstvý kov zohreje na teplotu, ktorú má tekutina okolo pevného elektrolytu. V jednej verzii tohto vynálezu sa pevný hydroxid sodný taví v zvláštnej nádobke, a roztavená soľ z tejto nádobky prechádza do časti na elektrolýzu, aby sa zachovala primeraná hladina roztavenej soli. V druhom variante tohto vynálezu sa do nádobky s roztaveným hydroxidom sodným vloží vodný roztok hydroxidu sodného. Výsledkom je rýchle usušenie a roztavenie zlúčeniny. Oddelenie na sušenie by zasa malo byť dostatočne oddelené od časti na elektrolýzu, aby sa tuhý elektrolyt nepoškodil tepelným nárazom alebo chemickým vplyvom vody.
Napájanie procesu elektrolýzy predstavuje vždy najväčšiu časť celkových nákladov; preto treba dbať na to, aby prúd a veľkosť boli čo najnižšie. Potrebné napätie je možné znížiť tak, že použijeme soľ, ktorá sa ľahko rozkladá, a tak, že zabezpečíme, aby všetky časti, ktorými prechádza prúd, boli čo najkratšie a aby mali čo najväčší prierez. Potrebný prúd sa dá znížiť tak, že vylúčime prerušovanú prevádzku zariadenia. Pretože často býva potrebné pridávať kov do nádoby
-5·· · ·· ·· ··« ·· • · · • · prerušovane, je dobré, ak tento vynález obsahuje aj prostriedok na uloženie malého množstva kovu v zariadení, ktoré sa podľa potreby použije. V tomto prípade je v zariadení aj prostriedok, ktorým sa uložený a vyrobený kov podľa potreby zavedie. Kovový sodík a iné kovy skupiny 1A predstavujú však bezpečnostný problém, a preto by tento prístroj mal mať prostriedok na zabezpečenie, aby v ktoromkoľvek štádiu pridávania bolo vždy k dispozícii minimálne množstvo kovu. Preto sa na čerpanie roztaveného kovu z oddelenia na elektrolýzu do nádoby prednostne používa stlačený inertný plyn. Ak sa na presun kovu zo zariadenia do nádoby používa sekundárne čerpadlo, je potrebný aj snímač prúdenia kovu, aby bolo možné tento prietok optimálne nastaviť. Takýto senzor je napríklad tiež možné použiť na zistenie zablokovania (upchatia) v rúrke na prívod kovu. Ak sa používa tlak plynu, je najlepšie použiť jeden alebo viac meračov tlaku plynu.
Ako tuhý elektrolyt na pridávanie sodíka je najlepšie použiť sodný beta oxid hlinitý. Táto zlúčenina má podobnú vodivosť pre ióny sodíka ako roztavené soli so zanedbateľnou vodivosťou elektrónov v širokom rozsahu teplôt; je však možné použiť akýkoľvek elektrolyt, ktorý vedie ióny sodíka. Ako tuhý elektrolyt na pridávanie lítia je najlepšie použiť sodný beta oxid hlinitý, opäť je však možné použiť akýkoľvek elektrolyt, ktorý vedie ióny lítia.
Prostredníctvom tohto vynálezu je teda možné riadiť pridávanie kovu do taveniny pomocou riadenia náboja v elektrolyte v tuhom stave. Množstvo materiálu, ktoré sa prečerpá cez elektrolyt v tuhom stave, je dané Faradayovým zákonom. Jeden mol jednomocného ionizovaného kovu sa cez elektrolyt v tuhom stave prečerpá za
26,8 ampérhodín.
Do taveniny je možné vložiť snímač pridávaného kovu (napr. sodíka), a pridávanie kovu môžeme potom sledovať a riadiť až po vopred stanovenú požadovanú hodnotu. Túto hodnotu je potom možné udržať, nebude sa teda pridávať zbytočne veľa kovu, čim sa značne zníži odpad, dym a tvorba okovín bez nebezpečenstva, že by došlo k poruche nádobky v tavenine.
Pri používaní tejto metódy môže unikať značné množstvo plynu. Preto by prvá elektróda mala byť skonštruovaná tak, aby vplyv tohto plynu na elektrolytický proces bol čo najnižší. Môže sa napríklad stať, že plyn vznikajúci pri elektrolýze bude ťažko unikať medzi anódou a elektrolytom. Vzdialenosť medzi anódou a elektrolytom je niekedy potrebné upraviť tak, aby bola dosť malá na zabezpečenie dostatočnej elektrolýzy, a dosť veľká, aby mohol unikať vznikajúci plyn. V jednom variante sa využíva skutočnosť, že plyn vznikajúci na anóde zníži celkovú hustotu zdrojového materiálu (t.j. roztavenej kovovej zlúčeniny alebo roztoku kovovej zlúčeniny), do ktorej sa vybíja. Tento rozdiel hustoty sa používa na vytvorenie prúdu zdrojového materiálu medzi anódou a zdrojovým materiálom v smere, ktorý napomáha odstrániť plyn z tejto oblasti. Taktiež je možné na obeh zdrojového materiálu použiť čerpadlo, čim sa napomôže odstráneniu plynu. Výhodou je, ak anóda prepúšťa plyny, t.j. ak je napr. pórovitá. Prvá elektróda môže napr. na elektrolyte v pevnom skupenstve obsahovať elektricky vodivú vrstvu, ktorá prepúšťa plyny.
Druhá elektróda môže byť vzhľadom k nádobke umiestnená tak, aby bolo množstvo roztaveného kovu čo najmenšie. Roztavený kov je možné získavať tiež plynulo elektrolýzou, uchovávať ho v zásobníku medzi nádobkou a nádobou a čerpať podľa potreby. Rýchlosť elektrolýzy sa tak môže zvýšiť.
Prvá elektróda môže mať napríklad tvar valca, najlepšie dutého. Tvar prvej elektródy a elektrolytu v pevnom stave môže byť taký, aby boli po celej svojej proti sebe stojacej ploche od seba oddelené približne na konštantnú minimálnu vzdialenosť. Takto je možné predísť koncentrácii prúdu v určitom bode elektrolytu v pevnom skupenstve, ktorá môže viesť k jeho predčasnej poruche. Toto je dôležité najmä vtedy, keď sa elektrolyt vytvára z beta oxidu hlinitého.
Zariadenie, ktorý je predmetom tohto vynálezu, obsahuje aj riadiaci prvok, napríklad časovač, prípadne aj monitorovací prvok, ktorý zabezpečuje pravidelné odstraňovanie roztavenej kovovej zlúčeniny alebo roztoku kovovej zlúčeniny; spôsob, ktorý je predmetom tohto vynálezu, obsahuje a krok spočívajúci v pravidelnom odstraňovaní roztavenej kovovej zlúčeniny alebo roztoku kovovej zlúčeniny. Takéto pravidelné odstraňovanie (vyplachovanie) roztavenej kovovej zlúčeniny alebo roztoku kovovej zlúčeniny podstatným spôsobom bráni usadzovaniu precipitátov, ktoré môžu vznikať napr. z nečistôt alebo z reakcií kovovej zlúčeniny so vzduchom. Ak sa napríklad ako zdrojový materiál na získanie kovu (sodíka) používa hydroxid sodný, môže reagovať s oxidom uhličitým zo vzduchu a vytvárať uhličitan, ktorý sa bežne elektrolyticky rozkladá pomalšie ako hydroxid sodný, a preto sa môže časom usadzovať a vytvárať precipitát, ktorý môže spôsobiť zablokovanie. Vytváranie uhličitanu môže tiež zvýšiť bod tavenia zdrojového materiálu nad prevádzkovú teplotu, následkom čoho dôjde k tuhnutiu a zdrojový materiál sa nedostane do styku s prvou elektródou.
-7• 9 • 99 9 9
·
9 · ·
9
Nakoľko v zariadení, ktoré je predmetom tohto vynálezu, je nádobka uložená mimo nádoby s taveninou, je možné pre nádobku použiť väčší rozsah pracovných teplôt. Prevádzkovú teplotu zariadenia je možné znížiť na minimum (v porovnaní s nádobou s taveninou), čím sa umožní použitie hospodárnejších materiálov a jednoduchšej konštrukcie. Jednoduchšie bude aj zapečatenie (utesnenie) zariadenia v prípade potreby.
Konštrukcia zariadenia tiež odstraňuje problémy s tepelným nárazom, ktoré sa objavovali pri predchádzajúcej konštrukcii, kde nádobka musela byť ponorená do taveniny v nádobe, a (predovšetkým pre hliníkovú taveninu) odstraňuje aj problém, že elektrolyty v tuhom skupenstve nie sú v roztavenom hliníku stabilné.
Zariadenie obsahuje aj vedenie, najlepšie prívodnú rúrku, ktorou sa dopravuje roztavený kov do taveniny. Toto vedenie môže byť úplne uzavreté, takže kov je izolovaný od vonkajšieho prostredia (napríklad môže byť ponorené do taveniny). Toto je napríklad dôležité najmä pre pridávanie sodíka. Toto vedenie môže pozostávať z jednoduchej rúrky alebo z podobného materiálu, najlepšie však v tvare rotora (príklad je uvedený na obr. 5). Tento rotor môže byť zo žiaruvzdorného materiálu, napr. z keramiky (jednou z možností je prírodný oxid hlinitý), prípadne z kovu, ktorý má vyššiu teplotu tavenia ako je teplota taveniny (napr. z ocele).
Inou možnosťou je, že zariadenie obsahuje vybavenie, najlepšie čerpadlo, ktoré dopravuje taveninu z nádoby na miesto, kde sa do nej mimo nádoby pridáva kov. Tavenina sa takto dopravuje najlepšie do zariadenia na pridávanie kovu do taveniny, alebo do blízkosti takéhoto zariadenia, v ktorom, alebo v blízkosti ktorého, sa do taveniny pridáva kov.
Zariadenie bude mať aj vonkajší kryt, ktorý slúži na tepelnú izoláciu (na ochranu obsluhy) a na uľahčenie uloženia a montáže zariadenia vzhľadom na nádrž s taveninou.
Prehľad obrázkov na výkresoch
V ďalšom uvedieme opis jednotlivých variantov tohto vynálezu na príklade, s odvolaniami na priložené obrázky, a to:
Obr. 1: Detail časti nádobky na pridávanie kovu (rez), na použitie v usporiadaní podľa jedného variantu tohto vynálezu.
Obr. 2: Podobný pohľad na usporiadanie podľa iného variantu tohto vynálezu.
Obr. 3: Prierez iného variantu tohto vynálezu.
·· ·· · ·· ·· · · ·· ··· • ••99 * ·
-8Obr. 4: Prierez iného variantu tohto vynálezu.
Obr. 5. Prierez ďalšieho variantu tohto vynálezu.
Obr. 6. Schéma ďalšieho variantu tohto vynálezu.
Príklad uskutočnenia vynálezu
Na obr. 1 je usporiadanie s nádobkou 12 z nehrdzavejúcej ocele a s kelímkom z beta oxidu hlinitého 14.
Kelímok J_4 z sodného beta oxidu hlinitého je umiestnený v nádobe 12 a v dolnej časti obsahuje kúpeľ roztavenej zlúčeniny sodíka 15. Niklová rúrková anóda vyčnieva z dna kelímka H do kúpeľa roztavenej zlúčeniny sodíka 15 a na hornom konci je ovinutá ohrievacím prvkom 31, ktorý zabezpečuje tavenie zlúčeniny sodíka. Rúrka obsahuje niklovú mriežku 32, ktorá bráni prechodu sodíka, pred roztavením.
Nádobka 12, ktorá pôsobí ako katóda, sa dotýka oceľovej mriežky 33. ktorá je medzi nádobkou 12 a kelímkom 14, a zabezpečuje prechod prúdu (electrical path) medzi nimi.
Nádobka 12 má v hornej časti vonkajšiu objímku 34, ktorá môže slúžiť na podoprenie pri upevnení na vhodnú konštrukciu na akomkoľvek mieste. Žiaruvzdorný tesniaci krúžok 35 slúži na utesnenie kruhového priestoru 36 medzi vonkajšou a vnútornou nádobkou, t.j. nádobkou 12 a horným výčnelkom 37 kelímka
14. Tento horný výčnelok môže byť z alfa oxidu hlinitého, alebo z akéhokoľvek iného materiálu, ktorý je kompatibilný s beta oxidom hlinitým. Prívodom, inertného plynu 38, napr. argónu, sa inertný plyn privádza do kruhového priestoru 36. čím sa predchádza nežiadúcej oxidácii, prípadne sa znižuje množstvo roztaveného sodíka.
Pri prechode prúdu prechádzajú ióny sodíka z roztavenej zlúčeniny cez stenu kelímka, vylučujú sa a tekutý sodík potom vyteká nadol otvorom 39 na dne nádobky 12 do nádobky na hliníkovú taveninu (na obrázku nie je uvedená).
Na obr. 2 je usporiadanie nádobky 23 a elektrolytu v tuhom skupenstve v tvare kelímka 24, kde je kelímok opäť umiestnený v nádobke, avšak roztavený sodík v nádobke 23 je mimo kelímka 24 a kelímok prečnieva do roztavenej zlúčeniny.
V tomto usporiadaní sa tuhá zlúčenina sodíka privádza smerom nadol z násypky 40 prívodom 41 do rúrky 42, v ktorej je vnútorná niklová mriežka 43. Okolo dolnej časti rúrky 42 je obtočený ohrievač 44, ktorý zabezpečuje tavenie pevnej zlúčeniny sodíka, ktorá je na mriežke 43. Roztavená zlúčenina steká do nádobky 23, v • ·· ·· • · · · · · • · · · · • · · · · · • · · · 9 ··· 9 9 9 9
-9·· 9 9 9
9 9
9 9 9 • 9 9
999 99 9 ktorej je niklová rúrka 22, pôsobiaca ako anóda. Okolo nádobky 23 je obtočený ohrievač 45, ktorý udržiava zlúčeninu v roztavenom stave.
V nádobke 23 je kelímok 24 z sodného beta oxidu hlinitého. Dno kelímka 24 vedie do priechodu tvoreného rúrkou z nehrdzavejúcej ocele 47 (katóda), ktorá vedie priamo do kelímka. Tento priechod vedie pomocou rúrky z prírodného oxidu hlinitého 48 do nádoby, ktorá obsahuje roztavený prírodný oxid hlinitý (na obrázku nie je uvedená). Medzi nimi, dotýkajúc sa kelímka 34 a katódy 47. je oceľová mriežka 46, ktorá medzi nimi zabezpečuje prechod prúdu.
Nádobka 23 a ohrievač 45 sú obalené izoláciou 49, a celé zariadenie je uložené v ochrannom kryte 50, z ktorého vyčnieva rúrka 47.
Pri prechode prúdu prechádzajú ióny sodíka z roztavenej zlúčeniny cez stenu kelímka 24 do jeho vnútra, vylučujú sa a tekutý sodík potom vyteká nadol rúrkami 42 a 48 do nádoby na hliník. Plyn vznikajúci počas tohto procesu uniká nahor otvorom 51 v hornej časti nádobky 23.
V tomto usporiadaní sa plyn môže tvoriť mimo kelímka, a môže teda ľahšie unikať.
Na obr. 3 je iný spôsob utesnenia katódy 132 v elektrolyte v pevnom skupenstve, ktorým je kelímok 14. Hermetické tesnenie medzi kelímkom a prstencom z prírodného oxidu hlinitého 57 je vytvorené vhodným skleneným alebo cementovým tesnením v mieste 56. V mieste 77 je na prstenec z prírodného oxidu hlinitého upevnený krúžok s prierezom v tvare L. Kovový prstenec sa potom v bode 58 privarí ku katóde, pričom sa použije vhodná metóda (napr. zváranie laserom). Táto zostava sa potom za pomoci podperného prstenca 134 vloží do nádoby 131 na zdrojový materiál (anóda). Keď sa elektrolýzou získa dostatočné množstvo kovu, aby sa elektrolyt naplnil až po otvor 133, môže sa kov rúrkou 137 odčerpať do taveniny v nádobe, a to tak, že sa rúrkou 38 bude vháňať inertný plyn.
Zdrojový materiál 15 v nádobke 131 (anóda) sa zohrieva na požadovanú teplotu pomocou ohrievača 130. Čerstvý zdrojový materiál 139 sa do nádobky 138 pridáva tak, že sa taví ohrievačom 140 a kvapky roztaveného kovu sú schematicky znázornené (141).
Elektrický prúd potrebný na elektrolýzu sa privádza ku katóde vodičom 135; pozícia 136 predstavuje elektrický konektor k anóde. Plyn vznikajúci počas elektrolýzy uniká otvorom 55. Celá jednotka je upevnená v ochrannom kryte 50, ktorý môže obsahovať tepelnú izoláciu • ·· BB B • B B · · · BB
B · B B B
B B B · B B B
BBB BBB BBB BB BB BBB
-10Na obr. 4 sa plyn vytvorený na cylindrickej anóde, alebo prvej elektróde, 71 hromadí v zdrojovom materiáli v kruhovom priestore v priestore medzi anódou a elektrolytom 70 v tuhom skupenstve v tvare kelímka. Plyn stúpa nahor a unáša zdrojový materiál 69 k povrchu, ktorého typická hladina je znázornená pozíciou 91. Plyn opúšťa zdrojový materiál a stúpa do lapača pár alebo filtra 85. odkiaľ je potom vyvedený zo zariadenia (podľa potreby cez vhodnú rúrku). Zdrojový materiál zbavený plynu potom rúrkou 72 opäť klesá na dno zariadenia. Zdrojový materiál teda cirkuluje v smere naznačenom šípkou 94.
Anóda je obalená ohrievačom 74 pre oddelenie na elektrolýzu. V zariadení je ohrievač 92 pre oddelenie na ohrev zdrojového materiálu, a tieto dve oddelenia sú oddelené prepážkou 93, aby nedochádzalo k tepelnému nárazu pri otvorení ventilu 88 na pridanie čerstvého, studeného zdrojového materiálu prívodnou rúrkou 90.
V pevnom elektrolyte 70 je vložený pružný kúsok vodivého materiálu 79, ktorý má za úlohu zabezpečiť prvý elektrický kontakt medzi elektrolytom a druhou elektródou 75. Po začiatku elektrolýzy sa elektrolyt napĺňa sodíkom, až kým dosiahne k otvoru 76 a vytvorí sa elektrický kontakt vo väčšine vnútorného priestoru elektrolytu. V druhej elektróde (katóda) je otvor, ktorým vyteká kovový sodík vytvorený počas elektrolýzy. Roztavený sodík padá na dno dutej katódy, a pomocou stlačeného plynu je možné zaviesť ho rúrkou 73 do taveniny v nádobe (na obrázku nie je znázornená). Stlačený plyn sa privádza ventilom 84; ak je potrebné sledovať prietok sodíka, je možné namontovať snímač 78. Pomocou snímača 78 a ventilu 84 je možné vytvoriť riadiaci systém so spätnou väzbou pre prietok sodíka. Na elektrolyt v pevnom skupenstve sa pomocou vhodného plynotesného materiálu (napr. keramický cement, resp. plyn) upevní prstenec 77 z prírodného oxidu hlinitého, ktorým sa utesnia obidve elektródy. Na obrázku vidíme príklad utesnenia, kedy sa grafitové tesnenia pevne pritlačia medzi elektródu s ktorou sú v kontakte a prstenec z prírodného oxidu hlinitého. Tento tlak sa vytvorí vhodným zariadením, ktoré pritláča pružinu 80 na tesniaci povrch anódy. Vyčnievajúci prstenec s nožovým okrajom sa zareže do hliníkového prstenca 81 a zabráni tak styku sodíka s grafitom. Vyčnievajúci prstenec 116 na anóde bráni prílišnému alebo nerovnomernému stlačeniu grafitových tesnení, pretože nerovnomerné stlačenie môže mať za následok styk elektrolytu s niektorou elektródou a následné zlomenie (rozbitie). Ďalšou ochranou proti tejto poruche sú krúžky 95 ba anóde a katóde, ktoré udržiavajú rovnakú vzdialenosť medzi elektrolvtom a obidvoma elektródami.
Nádrž s tekutým zdrojovým materiálom 87 je so zariadením spojený pružnou rúrkou 89. Ak sa v zariadení z nejakého dôvodu vytvorí nadmerný tlak (napr. ak je zdrojovým materiálom vodný roztok, lapač 85 v otvore na vypúšťanie plynu je zablokovaný a para vznikajúca pri odparovaní vody nemôže unikať), odpojí sa rúrka 89 od rúrky 90 a zdrojový materiál prestane prichádzať do zariadenia. Na vyrovnanie tlaku v nádobke 87 slúži odvzdušňovací otvor 86.
Na obr. 5 je prierez iného variantu tohto vynálezu, ktorý je osobitne upravený pre použitie zdrojového materiálu s pomerne nízkym bodom varu. Zdrojový materiál prechádza nahor rúrou alebo kanálom 106. a to pomocou plynu vytvoreného vo vnútri anódy 71. Keď zdrojový materiál príde do nádrže 112. plyn z neho uniká a nádrž opustí cez filter 85. Čerstvý zdrojový materiál sa pridáva otvorom 100 po otvorení krytu alebo viečka 101 tak, aby hladina dosahovala do blízkosti linky 102. Minimálny potrebný obsah plynu v zdrojovom materiáli prichádzajúcom do kanála alebo rúrky 107 zabezpečuje zarážka HO. Zdrojový materiál bez plynu v 107 je ťažší ako zdrojový materiál s plynom v 106, a tak dochádza k cirkulácii materiálu v priestore medzi anódou 71 a elektrolytom 70. Nádrž 112 je vysoká, aby materiál cirkuloval rýchlejšie a aby vzdialenosť medzi anódou 71 a elektrolytom 70 mohla byť čo najmenšia, čím by sa čo najviac znížil aj odpor v elektrolytickom okruhu. V riadiacom obvode so spätnou väzbou je termočlánok 99. ktorý zapína a vypína ohrievač 92 a tým udržiava v nádrži 112 optimálnu teplotu. Bariéra v mieste 108 môže slúžiť ako povrch na výmenu tepla, takže materiál v 106 sa ochladí materiálom v 107. ktorý sa tým zohreje. Umožní sa tým, aby teplota na termočlánku' 103 bola podstatne vyššia ako na 99. Rozdiel pomáha udržiavať ohrievač 74. Oddelenie na elektrolýzu môže teda pracovať pri teplote blízkej teplote varu zdrojového materiálu, alebo o niečo vyššej. Ak je zdrojovým materiálom napr. uhličitan sodný rozpustený v acetamide, je acetamid drahý a je žiadúce, aby straty vyparovaním boli čo najnižšie. Teplota v oddelení na elektrolýzu by mala byť blízko teploty varu acetamidu, čo by spôsobilo neprijateľne vysoké vyparovanie acetamidu v nádrži 112. ak by sa nechladila výmenou tepla na povrchu 108. Okrem toho je možné použiť aj kondenzačná jednotka, spojená s lapačom vlhkosti 85 (nie je uvedená na obrázku).
Cylindrická katóda 115 sa môže vo vedení 111 a cez tesnenie 98 pohybovať hore a dolu. Pri čerpaní kovu do elektrolytu počas elektrolýzy bude katóda stúpať. Keď je potrebné pridať do nádoby kov, katóda sa stlačí nadol a kov preteká rúrkou
-1273. ktorá vedie do nádoby (nie je uvedená na obrázku). Prietok kovu sleduje snímač 78. Na ovládanie polohy katódy by sa radšej mal použiť plynový mechanizmus alebo solenoid (prípadne iné vhodné mechanické zariadenie). Objímka 77 a stlačiteľné prstence 82 tvoria tesnenie (pozri vyššie), prítlačnú silu však vytvárajú tri (alebo viac) svorníky 96. Tieto sú zabezpečené proti skratu izolačnými vložkami 97. Vedenie katódy 111 je dlhé, aby katóda nenarážala na elektrolyt, a aby bolo tesnenie 98 čo najstudenšie. Položky 113 a 109 sú prívodné vedenia elektrolytického prúdu k anóde a ku katóde.
Vypúšťací otvor 104 je umiestnený tak, aby bolo možné vypustiť zdrojový materiál rúrkou 105, keď je potrebné vymeniť kelímok, prípadne po určitom čase používania odstrániť usadené nečistoty zo zdrojového materiálu.
Dá sa oceniť, že vo variantoch uvedených na obr. 1 až 5 pri prasknutí kelímka prípadný vytekajúci roztavený materiál stuhne v rúrke na odvod kovu, a teda nedôjde k nebezpečnému vytečeniu roztaveného materiálu do taveniny. Môže byť potrebné zabezpečiť tepelnú izoláciu pre časti uvedené na obr. 1 až 5. Potrebné budú aj vhodné úpravy na upevnenie zariadenia v blízkosti nádoby. Vhodné je aj ovládanie elektrolytického prúdu pomocou informácií získaných pomocou kovového snímača v tavenine. Všetky uvedené zariadenia je možné predĺžiť použitím niekoľkých (viacerých) kovových elektrolytov. Elektrolyt v tvare kelímka je tiež možné umiestniť vodorovne a nie zvislo, ako je uvedené na obrázkoch.
Na obr. 6 je uvedené zariadenie na zlepšenie difúzie roztaveného kovu, napr. sodíka, do taveniny, napr. hliníka.
Položka 60 predstavuje zariadenie, ktoré je predmetom tohto vynálezu, a ktorý má elektrolyticky získavať požadovaný roztavený sodík mimo nádoby 61 s hliníkovou taveninou 62. Roztavený sodík prúdi prívodnou rúrkou 63 v základni zariadenia 60 nadol, a odtiaľ do dutého hriadeľa 64 rotora 65. Hriadeľ 64 vyčnieva do taveniny 62 a prívodom 66 privádza inertný plyn a sodík do taveniny cez hlavicu 67 rotora.
Rotor by mal byť skonštruovaný podľa európskeho patentu č. 0332292. Výborné rozptýlenie materiálu privádzaného rotorom do taveniny sa dosiahne tak, ako naznačujú šípky v tavenine. Na zníženie turbulencie je v tavenine zarážka 68.
Claims (31)
- Patentové nároky1. Spôsob pridávania kovu do taveniny materiálu v nádobe, v ktorej roztavená zlúčenina kovu alebo roztok zlúčeniny kovu je v nádobke, umiestnenej mimo tejto nádoby, vyznačujúci sa tým, že uvedená zmes sa n ktrolyticky rozkladá, a ióny kovu prechádzajú cez stenu elektrolytu v tuhom skupenstve, ktorý je ich vodičom, a to z jednej strany jeho steny na jej protiľahlú druhú stranu, kde sa zlučujú s elektrónmi na druhej strane steny a potom prechádzajú ako roztavený kov z nádobky do taveniny.
- 2. Zariadenie na pridávanie kovu do taveniny materiálu v nádobe, vyznačujúce sa tým, že sa skladá z nádobky na roztavenú zlúčeninu alebo roztok príslušného kovu umiestnenej mimo uvedenej nádoby, zariadenia na elektrolytický rozklad roztavenej alebo rozpustenej zlúčeniny, steny umiestnenej vo vnútri nádobky a vytvorenej z elektrolytu v tuhom skupenstve, ktorý je vodičom iónov príslušného kovu, takže vytvorené ióny kovu môžu prechádzať uvedenou stenou z jednej strany na protiľahlú druhú stranu; zariadenie ďalej obsahuje zdroj elektrónov na druhej strane steny, ktoré sa majú zlúčiť s iónmi kovu, a zariadenie na prechod takto vytvoreného roztaveného kovu z druhej strany steny do taveniny.
- 3. Spôsob podľa nároku 1, alebo zariadenie podľa nároku 2, vyznačujúci sa tým, že nádobka slúži na roztavenú zlúčeninu daného kovu, a obsahuje vyhrievací prvok na ohrev kovu do tekutého stavu.
- 4. Spôsob alebo zariadenie podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že sa používa niektorý kov zo skupiny IA v periodickej sústave prvkov, najvýhodnejšie sodík alebo lítium.
- 5. Spôsob alebo zariadenie podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že sa ako zlúčenina kovu používa soľ tohto kovu, najlepšie hydroxid, uhličitan alebo octan.
- 6. Spôsob alebo zariadenie podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že sa ako materiál na taveninu používa kov, najlepšie hliník alebo zinok.
- 7. Spôsob alebo zariadenie podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že prúd prechádza medzi prvou elektródou umiestnenou v roztavenej zlúčenine a druhou elektródou umiestnenou za stenou elektrolytu v tuhom skupenstve alebo na protiľahlej druhej strane tejto steny.• ·· ·· ·· · · · · • · · · · • · · · · 4 ··· ·· ·· ··· ·· ···-148. Spôsob alebo zariadenie podľa nároku 7, vyznačujúci sa tým, že prvou elektródou je anóda, druhou elektródou je katóda a zdroj elektrónov.
- 9. Spôsob alebo zariadenie podľa nároku 7 alebo 8, vyznačujúci sa tým, že prvá elektróda a elektrolyt v tuhom skupenstve má taký tvar, že takmer po celom ich protiľahlom povrchu sú od seba na konštantnú minimálnu vzdialenosť.
- 10. Spôsob alebo zariadenie podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že elektrolytický rozsah začína dotykom druhej strany steny elektrolytu v tuhom skupenstve, resp. zabezpečením určitého množstva roztaveného kovu, ktorý sa pred začatím elektrolytického rozkladu dotkne druhej strany steny elektrolytu v tuhom skupenstve.
- 11. Spôsob alebo zariadenie podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že stena elektrolytu v tuhom skupenstve tvorí prvú nádobku.
- 12. Spôsob alebo zariadenie podľa nároku 11, vyznačujúci sa tým, že je zlúčenina kovu v prvej nádobke, a prvá elektróda je umiestnená vo vnútri prvej nádobky, a dotýka sa kovovej zlúčeniny.
- 13. Spôsob alebo zariadenie podľa nároku 11 alebo 12, vyznačujúci sa tým, že ďalej obsahuje vonkajšiu nádobku, v ktorej je umiestnená prvá nádobka vytvorená elektrolytom v tuhom skupenstve.
- 14. Spôsob alebo zariadenie podľa nároku 13, pokiaľ závisí od nároku 7, v ktorom vonkajšia nádobka obsahuje uvedenú elektródu.
- 15. Spôsob alebo zariadenie podľa nároku 14, vyznačujúci sa tým, že zlúčenina kovu je vo vonkajšej nádobke, avšak mimo prvej nádobky.
- 16. Spôsob alebo zariadenie podľa nároku 7, alebo podľa ktoréhokoľvek nároku, ktorý s ním súvisí, vyznačujúci sa tým, že prvá elektróda je z niklu, nehrdzavejúcej ocele alebo grafitu, a druhá elektróda z niklu, železa alebo ocele.
- 17. Spôsob alebo zariadenie podľa nároku 7, alebo podľa ktoréhokoľvek nároku, ktorý s ním súvisí, vyznačujúci sa tým, že ďalej obsahuje rôzne kombinácie prvej elektródy, elektrolytu a druhého elektrolytu, pričom každá takáto kombinácia je vo forme modulu.
- 18. Spôsob alebo zariadenie podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že ďalej obsahuje zariadenie, napr. zásobník na kovovú zlúčeninu, na dopĺňanie elektrolyticky rozloženej kovovej zlúčeniny počas používania.• 9
- 19. Spôsob alebo zariadenie podľa nároku 18, vyznačujúci sa tým, že zariadenie na dopĺňanie elektrolyticky rozloženej kovovej zlúčeniny počas používania obsahuje zariadenie umožňujúce po určitom čase používania vypustiť kovovú zlúčeninu.
- 20. Spôsob alebo zariadenie podľa nároku 18 alebo 19, vyznačujúci sa tým, že zariadenie na dopĺňanie elektrolyticky rozloženej kovovej zlúčeniny počas používania obsahuje zariadenie na ohrev kovovej zlúčeniny, najlepšie až po roztavenie kovovej zlúčeniny.
- 21. Spôsob alebo zariadenie podľa nároku 20, vyznačujúci sa tým, že zariadenie na dopĺňanie elektrolyticky rozloženej kovovej zlúčeniny počas používania umožňuje, aby sa roztok kovovej zlúčeniny vyvaril a zostávajúca kovová zlúčenina sa roztavila.
- 22. Spôsob alebo zariadenie podľa ktoréhokoľvek predchádzajúceho nároku, vyznačujúci sa tým, že elektrolyt je v tuhom skupenstve zo sodného alebo lítneho beta oxidu hlinitého alebo sodného alebo lítneho beta oxidu hlinitého.
- 23. Spôsob alebo zariadenie podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že ďalej obsahuje snímač na kov, ktorý je vložený alebo sa vkladá do taveniny a používa sa na sledovanie a kontrolu množstva kovu pridaného do taveniny.
- 24. Spôsob alebo zariadenie podľa ktoréhokoľvek predchádzajúceho nároku, vyznačujúci sa tým, že ďalej obsahuje vedenie na prenos roztaveného kovu do taveniny.
- 25. Spôsob alebo zariadenie podľa nároku 24, vyznačujúci sa tým, že roztavený kov prechádza do taveniny v prúde inertného plynu.
- 26. Spôsob alebo zariadenie podľa nároku 25, vyznačujúci sa tým, že sa tlak inertného plynu sleduje najmenej jedným tlakomerom.
- 27. Spôsob alebo zariadenie podľa ktoréhokoľvek z nárokov 24 až 26, vyznačujúci sa tým, že toto vedenie obsahuje rotor.
- 28. Spôsob alebo zariadenie podľa ktoréhokoľvek z nárokov 24 až 27, vyznačujúci sa tým, že obsahuje snímač na meranie prietoku roztaveného kovu týmto vedením.
- 29. Spôsob alebo zariadenie podľa nároku 25 alebo ktoréhokoľvek nároku, ktorý s ním súvisí, vyznačujúci sa tým, že vedenie obsahuje uzatvárací ventil, aby pri prípadnom zastavení prúdu inertného plynu nedochádzalo k oxidácii roztaveného kovu.• ·· ·· · ·· ·· · · ···· ···- 16··· ··· ··· ··· ·· ·· ··· ·· ···
- 30. Spôsob alebo zariadenie podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že ďalej obsahuje zariadenie na dočasné skladovanie roztaveného kovu.
- 31. Spôsob alebo zariadenie podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúci sa tým, že ďalej obsahuje zariadenie, najlepšie čerpadlo, ktoré dopravuje roztavený kov z nádoby na pridávanie kovu do materiálu taveniny, umiestneného mimo nádoby.
- 32. Zariadenie podľa nároku 31, vyznačujúci sa tým, že sa materiál taveniny dopravuje do zariadenia na pridávanie kovu do taveniny alebo do jeho blízkosti, pričom materiál taveniny je v zariadení alebo v jeho blízkosti.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GBGB9810305.4A GB9810305D0 (en) | 1998-05-15 | 1998-05-15 | Method and apparatus for the treatment of a melt |
| PCT/GB1999/001355 WO1999060180A1 (en) | 1998-05-15 | 1999-05-14 | Method and apparatus for the treatment of a melt |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SK17262000A3 true SK17262000A3 (sk) | 2001-07-10 |
Family
ID=10832010
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SK1726-2000A SK17262000A3 (sk) | 1998-05-15 | 1999-05-14 | Spôsob spracovania taveniny a zariadenie na vykonávanie tohto spôsobu |
Country Status (17)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6599413B1 (sk) |
| EP (1) | EP1086257B1 (sk) |
| JP (1) | JP2002515548A (sk) |
| KR (1) | KR20010071264A (sk) |
| CN (1) | CN1342210A (sk) |
| AT (1) | ATE221924T1 (sk) |
| AU (1) | AU751096B2 (sk) |
| BR (1) | BR9910501A (sk) |
| CA (1) | CA2333223A1 (sk) |
| CZ (1) | CZ20004226A3 (sk) |
| DE (1) | DE69902471T2 (sk) |
| GB (1) | GB9810305D0 (sk) |
| HU (1) | HUP0102393A3 (sk) |
| PL (1) | PL344187A1 (sk) |
| SK (1) | SK17262000A3 (sk) |
| TR (1) | TR200003374T2 (sk) |
| WO (1) | WO1999060180A1 (sk) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2910344B1 (fr) * | 2006-12-21 | 2009-03-20 | Commissariat Energie Atomique | Procede et dispositif de mise en contact sans melange de deux liquides non miscibles |
| PT2231887E (pt) | 2007-12-24 | 2013-11-25 | Foseco Int | Fundente modificador melhorado para alumínio fundido |
| RU2534182C1 (ru) * | 2013-07-18 | 2014-11-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук | Способ легирования алюминия или сплавов на его основе |
| CN104313645B (zh) * | 2014-10-28 | 2017-08-08 | 苏州萨伯工业设计有限公司 | 含钪铝合金材料的制备装置及制备工艺 |
| US10301729B2 (en) * | 2016-04-29 | 2019-05-28 | Uchicago Argonne, Llc | Integral U/TRU recovery cathode system for electrorefining used nuclear fuel, method for electrorefining and harvesting metal from used nuclear fuel |
| CN107298521B (zh) * | 2017-06-22 | 2023-07-14 | 成都光明光电股份有限公司 | 玻璃制造装置及高透光学玻璃的制造方法 |
| RU2674553C1 (ru) * | 2017-11-02 | 2018-12-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Способ модифицирования алюминия и его сплавов |
| JP7453109B2 (ja) | 2020-09-18 | 2024-03-19 | 東邦チタニウム株式会社 | 溶融物送りパイプの通路区画構造、及び、金属マグネシウムの製造方法 |
| CN113930631A (zh) * | 2021-10-13 | 2022-01-14 | 中北大学 | 一种铝硅合金溶液的熔炼净化除气方法 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1980378A (en) * | 1932-01-16 | 1934-11-13 | Burgess Louis | Method of making beryllium and light alloys thereof |
| AU506485B2 (en) * | 1976-06-09 | 1980-01-03 | National Research Development Corp. | Packed, bed electrorefining |
| USRE30330E (en) * | 1976-09-22 | 1980-07-08 | Aluminum Company Of America | Aluminum purification |
| US4108743A (en) * | 1977-05-02 | 1978-08-22 | Ford Motor Company | Method and apparatus for separating a metal from a salt thereof |
| US4214956A (en) * | 1979-01-02 | 1980-07-29 | Aluminum Company Of America | Electrolytic purification of metals |
| GB8707782D0 (en) * | 1987-04-01 | 1987-05-07 | Shell Int Research | Electrolytic production of metals |
| US4882017A (en) * | 1988-06-20 | 1989-11-21 | Aluminum Company Of America | Method and apparatus for making light metal-alkali metal master alloy using alkali metal-containing scrap |
| BE1008380A3 (nl) * | 1994-05-09 | 1996-04-02 | Vito | Werkwijze voor het toevoegen van sporen natrium aan een smelt van aluminium of een aluminiumlegering. |
| US5976345A (en) * | 1997-01-06 | 1999-11-02 | Boston University | Method and apparatus for metal extraction and sensor device related thereto |
-
1998
- 1998-05-15 GB GBGB9810305.4A patent/GB9810305D0/en not_active Ceased
-
1999
- 1999-05-14 AT AT99925129T patent/ATE221924T1/de not_active IP Right Cessation
- 1999-05-14 HU HU0102393A patent/HUP0102393A3/hu unknown
- 1999-05-14 CZ CZ20004226A patent/CZ20004226A3/cs unknown
- 1999-05-14 CN CN99808615A patent/CN1342210A/zh active Pending
- 1999-05-14 AU AU41521/99A patent/AU751096B2/en not_active Ceased
- 1999-05-14 EP EP99925129A patent/EP1086257B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-05-14 JP JP2000549785A patent/JP2002515548A/ja active Pending
- 1999-05-14 SK SK1726-2000A patent/SK17262000A3/sk unknown
- 1999-05-14 CA CA002333223A patent/CA2333223A1/en not_active Abandoned
- 1999-05-14 WO PCT/GB1999/001355 patent/WO1999060180A1/en not_active Application Discontinuation
- 1999-05-14 US US09/700,415 patent/US6599413B1/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-05-14 BR BR9910501-2A patent/BR9910501A/pt active Search and Examination
- 1999-05-14 KR KR1020007012794A patent/KR20010071264A/ko not_active Application Discontinuation
- 1999-05-14 TR TR2000/03374T patent/TR200003374T2/xx unknown
- 1999-05-14 PL PL99344187A patent/PL344187A1/xx unknown
- 1999-05-14 DE DE69902471T patent/DE69902471T2/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1342210A (zh) | 2002-03-27 |
| WO1999060180A1 (en) | 1999-11-25 |
| US6599413B1 (en) | 2003-07-29 |
| DE69902471T2 (de) | 2002-12-19 |
| AU4152199A (en) | 1999-12-06 |
| TR200003374T2 (tr) | 2001-03-21 |
| KR20010071264A (ko) | 2001-07-28 |
| EP1086257A1 (en) | 2001-03-28 |
| GB9810305D0 (en) | 1998-07-15 |
| AU751096B2 (en) | 2002-08-08 |
| ATE221924T1 (de) | 2002-08-15 |
| JP2002515548A (ja) | 2002-05-28 |
| CZ20004226A3 (cs) | 2002-01-16 |
| PL344187A1 (en) | 2001-10-08 |
| CA2333223A1 (en) | 1999-11-25 |
| HUP0102393A2 (hu) | 2001-10-28 |
| HUP0102393A3 (en) | 2001-11-28 |
| DE69902471D1 (de) | 2002-09-12 |
| BR9910501A (pt) | 2001-01-09 |
| EP1086257B1 (en) | 2002-08-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5469042B2 (ja) | アルカリ金属アマルガムからアルカリ金属を電気的に製造する方法 | |
| US4108743A (en) | Method and apparatus for separating a metal from a salt thereof | |
| KR101253787B1 (ko) | 알칼리 금속 제조용 전기분해 셀 | |
| SK17262000A3 (sk) | Spôsob spracovania taveniny a zariadenie na vykonávanie tohto spôsobu | |
| KR101162538B1 (ko) | 금속재질의 양극덮개를 포함하는 전해환원장치 및 이를 이용한 전해환원 방법 | |
| TW200925329A (en) | Electrolysis apparatus | |
| JPS6117914B2 (sk) | ||
| KR100579385B1 (ko) | 용융염 전해욕의 제어 장치와 그 제어 방법 | |
| US8114258B2 (en) | Electrolysis device for the production of alkali metal | |
| RU2252981C2 (ru) | Электролитический элемент для получения щелочного металла | |
| US20230183875A1 (en) | Electrowinning cell for the production of lithium and method of using same | |
| MXPA00011167A (en) | Method and apparatus for the treatment of a melt | |
| KR102182475B1 (ko) | 전해환원 장치 및 전해환원 방법 | |
| RU2453639C1 (ru) | Электролизер для получения металлического лития | |
| KR100522116B1 (ko) | 비전도성 다공성 세라믹 용기를 이용한 리튬 전구체를포함하는 용융염에서의 리튬 회수장치 및 방법 | |
| JPH06172887A (ja) | アルミニウム合金の製造方法 | |
| CA1221406A (en) | Self-draining heat exchanger arrangement and method | |
| RU2135642C1 (ru) | Электролизер для получения лития | |
| JP6097180B2 (ja) | 金属の還元装置及び金属の還元方法 | |
| KR20230049408A (ko) | 전해환원장치 및 방법 | |
| Białobrzeski et al. | „Continuous sodium modification of nearly-eutectic aluminium alloys. Part II. Experimental studies” | |
| JP2007223839A (ja) | 電気化学的水素化ナトリウム製造方法および製造装置 | |
| JPS6044972A (ja) | ナトリウム−硫黄電池 | |
| WO2012131374A1 (en) | Welding of titanium and other group iv metals |