SU1243629A3 - Сменный смачиваемый твердотельный катод дл получени алюмини электролизом - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  ци м сменного смачиваемотельного катода дл  алюм электролизера.

Целью изобретени ,  вл ниа экономичности службы

Цель достигаетс  тем, состоит из алюминида по одного металла из группы

ной- титаном, цирконием, гафнием, ванадием , ниобием танталом, хромом молибденом и вольфрамом, без св зующей фазы из ; металлического алюмини  Неалюминиевые компоненты алюминида, следовательно, относ тс  к группе 1УА, УА и/или У1А периодической системы элементов,

Алюминиды наход тс  в виде индивидуальных бинарных соединений или в виде тройных, четверных (четырех- компонентных) или п тикомпонентных сплавов.. Их х имическа  и термическа  устойчивость делает возможным их использование как в расплавленных электролитах, так и в. расплавленном алюминии, хот  в, последнем они растворимы ограниченно. Эта растворимость , однако, уменьшаетс  с понижением температуры.

При рабочей температуре  чейки дл  электролизера алюмини , котора  составл ет округленно 950 С, растворимость металлической неалюминиевой компоненты алюминида в жидком алюминии составл ет величину пор дка примерно 1%. Катодные элементы, следовательно , расплавл ютс  до тех пор, пока выдел ющийс  жидкий алюминий не насытитс  одной или несколькими металлическими неалюминиевыми компонентами .

Катодные элементы из алюминида . могут принимать любую известную форму ,, они могут быть выполнены из соединенных креплением элементов (под- элементов) , в особенности в виде вертикально расположенных пластин или стержней. Из-за расплавлени  алюминиевого катода, однако, не нужны прочно св занные с угольным дном (онованием ) элементы; они могут быть заменены по техническим основани м и причинам рентабельности. Так как алюминиевые катоды не только могут агломерироватьс , но и также отливатьс , первоначальные катодные элменты и креплени  также могут быть вьшолнены в сложной форме и/или целыми (из одной части).

Согласно другой форме осуществлени , ,элементы алюминиевых катодов расположены в огнеупорных, устойчивых к расплавленному алюминию креплени х из изол ционного материала.

Вместо катодных пластин также можно насыпать в  чейки дл  электролиза алюминидные шарики и/или гранулы и равномерно распредел ть ток, проход - щий через ванну. При известных услови х шарики или гранулы, которые соприкасаютс  исключительно с жидким металлом, также состо т из соответст- вукщего материала изол тора, 5 Дл  йсех геометрических форм катодных элементов существенное значение имеет то, что алюминид не содер-. жит никакой св зующей фазы из жидкого алюмини . Алюминид плавилс  бы 0 при рабочей-температуре  чейки дл  элек тролиза, вследствие чего катодные элементы разрушались бы в течение короткого времени.

Метаплы титан, цирконий, гафний, 5 ванадий, ниобий, тантал, хром, молибден и/и,пи вольфрам, напротив, могут У1егироватьс  алюминием в соотношении Bbmie стехиометрического, так как их точка плавлени  всегда выше темпера- 30 туры электролиза алюмини . Эти метал- :лы также могут использоватьс  в качестве структурных частей в алюмини- де, например, в виде  чеистой струк- туры, котора  переливаетс  или переар- ломернруетс  из алюминида,

Расплавл емые во врем  процесса электролиза алюминиды регенерируют из выделившегос  металла и снова их можно использовать дл  изготовлени  катодных элементов.

Таким образом, происходит циркул ци  материала с относительно незначительными потер ми.

35

-80

По причинам рентабельности в качестве сменных Смачиваемых твердотельных катодов используют алюминиды титана. Несмотр  на большую известность , в технике обычно используют только титановые сплавы с несколькими процентами алюмини  или алюминиевые сплавы с незначительным количеством в процентах титана. Лежаща  по отношению к составу сплава между TiAl и TiAlj | -фаза очень хороший катодный материал. Эта (Г -фаза с 50- 75 ат.% (35-63 мас,%) алюмини  характеризуетс  внедренными в матрицу TiAl TiAl, . Более богатый алюминием сплав не только отражаетс  на стабильности катодов из твердых тел, но и также отрицательно вли ет на рабочие услови   чейки дл  электролиза

Из фазовой диаграммы Т1-А1-сш1авов следует, что точка плавлени  -фазы находитс  между 1340 и . Эти относительно низкие точки плавлени  . позвол ют изготовл ть фасонные детали из алюминидов путем как пирометал лургии, так и порошковой металлургии

При рабочей температуре  чейки примерно 950 С растворимость титана в.жидком алюминии составл ет около 1,2%. Выдел ющийс  из катодных элементов алюминий, следовательно, расплавл ет титаналюминидные элементы до тех пор, пока содержание титана в .нем не достигнет 1,2%.

. Таким образом, на тонну электрически выделившегос  алюмини  раствор етс  примерно 30 кг материала катода из твердого тела. В случае катода это означает расход 11,15 кг титана на тонну полученного алюмини  Если используютс  катодные пластины параллельно к нижней стороне угольного анода, то на практике титаналюми- нид расплавл етс  округленно вплоть . до 50% первоначальной толщины.

При смене анода в  чейку дл  электролиза внос т 60 кг катодных элементов , которые целесообразно образуют соразмерно рабочей поверхности анода соответствующую единицу. Перед вставкой нового катодного элемента нужно остатки (в насто щем случае 30 кг) удалить из  чейки дл  электролиза.

Эти остатки подвод тс  непосредственно в установку дл  получени  алю-- миниевых катодов.

Пример 1. Полученный путем электролиза алюминий, который нар ду с 1,2% титана содержит обычные примеси , внос т в термостат дл  расплавленного металла, причем использзтотс  обычные устройства. В этом термостате температура жидкого металла медленно падает примерно до 700 С. Выкристаллизовавшийс  при понижении

температуры TiAlj имеет плотность 3,31 г/см и поэтому опускаетс  в более легком жидком алюминии на дно. С помощью известных средств, как разгрузка печи, отсасывание жидкого металла или центрифугирование, можно выделить еще содержащий 0,2% титана алюминид из осадка. Когда это необходимо , алюминий можно обрабатывать

s 10

43629

элементарным бором, боралюминиевым сплавом или соединием бора, как, например , борфторид кали , причем благо- ,дар  выделению титана в виде диборида титана можно снизить количество титана в вьщеленном алюминии до 0,0 мае. %. Образовавшийс  при охлаждении алюмини  до 700 С осадок из TiAlj содержит еще маленькие количества ме

ют путем пригодной обработки, например промьшкой.кислотой. Если желателен более богатый титаном сплав чем TiAlj j в который идет применима  дл 

апюминидиых катодов фаза вплоть до TiAlj, то алюминий можно удал ть хло- рированием. Полученный ал« 1инид титана перевод т в такое же устройство дл  приготовлени  катодов, как и указанные катодные остатки. Примерами таких устройств  вл ютс  установки дл  отливки форм или дл  формообразовани  в порошковой металлургии, которые позвол ют получать желательные

формы катодов.

Незначительные, однако неизбежные потери титана могут компен- ; сироватьс  добавкой двуокиси титана в электролиты, в глинозем или

в щелочные растворы глиноземных фабрик .

Пример 2. Аналогично катодам из алюминидов титана можно изготовл ть катодные элементы из других алюминидов и использовать при электролизе алюмини .

Результаты испытаний представлены в таблице.

40

45

50

На фиг. 1 и 2 представлены схематически св занные с несущими пластинами алюминидные катоды, вертикальный разрез.

На фиг. 1 показанд пр моугольна  катодна  плата 1 из алюминида с идущей параллельно нижней стороне анода покрывающей поверхностью 2. Конструк- |щи  окна 3 улучшает услови  обтекани  в электролитах. На нижней стороне плата имеет ласточкин хвост

5, который может вводитьс  в соответствующую выемку в несущей пластине 6 из изол ционного материала. Несуща  пластина 6 в случае работающей электролизной  чейки всегда ос- 55 таетс  в области жидкого металла. Поддерживающа  конструкци  несущих пластин оформлена так, что платы не могут сдвигатьс  в сторону.

Другой вариант катодных плат 1 из алюминидов представлен на фиг. 2. Как конструкци  окна 2, так и скошенна  нижн   сторона должны экономить определенный дл ;этой цели смачиваемый материал и- оптимизировать услови  обтекани  в ванне. Плата 1 укреплена с помощью направленного вниз в центр отростка 3 в несущей и соответственно в опорной пластине 4.

Редактор А, Шандор

Составитель ()„ Голыжникова

Техред Н.Ботсало Корректор С. Шекмар

Заказ 3723/60Тираж 615. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий ,113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4

03и, i.

Claims (4)

1. СМЕННЫЙ СМАЧИВАЕМЫЙ ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ КАТОД ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ ЭЛЕКТРОЛИЗОМ, включающий отдельные сменные одинаковые по горизонтали элементы, состоящие из соединенных креплениями подэлементов, при этом крепления выполнены из устойчивого к расплавленному алюминию изоляционного материала, подэлементы вы- ; полнены в виде вертикально располо женных плат или стержней, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности, подэлементы выполнены из алюминида металла, выбранного из группы, содержащей титан, цирконий, гафний, ванадий, ниобий, тантал, хром, молибден и вольфрам.

2. Катод поп. 1, отличающийся тем, что он выполнен из титанового сплава на основе Р -фазы.

3. Катод по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что отдельные элементы, расположенные в верхней части, выполнены из алюминидов, а расположенные в нижней части, находящиеся в 'жидком алюминии, выполнены из устойчивого к последнему изоляционного материала.

4. Катод по пп. 1 -3,отличающийся тем, что он выполнен из алюминидных шариков, и/или гранул.

SU <„>1243629 > СН

1 1243629