UA120662C2 - Катодна подина для виробництва алюмінію - Google Patents

Катодна подина для виробництва алюмінію Download PDF

Info

Publication number
UA120662C2
UA120662C2 UAA201804202A UAA201804202A UA120662C2 UA 120662 C2 UA120662 C2 UA 120662C2 UA A201804202 A UAA201804202 A UA A201804202A UA A201804202 A UAA201804202 A UA A201804202A UA 120662 C2 UA120662 C2 UA 120662C2
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
cathode
graphite
cathode block
aggregate
compressed
Prior art date
Application number
UAA201804202A
Other languages
English (en)
Inventor
Райнер Шмітт
Райнэр Шмитт
Мартін Хріст
Мартин ХРИСТ
Original Assignee
Кобекс Гмбх
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Кобекс Гмбх filed Critical Кобекс Гмбх
Publication of UA120662C2 publication Critical patent/UA120662C2/uk

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/08Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
    • YGENERAL 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
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S277/00Seal for a joint or juncture
    • Y10S277/935Seal made of a particular material
    • Y10S277/936Composite
    • Y10S277/938Carbon 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

Даний винахід належить до катодної подини, до способу її виготовлення і до застосування цієї подини в електролізері для виробництва алюмінію. Катодна подина (1) містить щонайменше два катодні блоки (7) і/або щонайменше один катодний блок (7) і щонайменше одну бортову цеглу, які розташовані на відстані одне від одного, причому зазор (5) заповнений попередньо стисненим графітовим листом (3), що складається з терморозширеного графіту і інтеркаляційної сполуки графіту.

Description

Даний винахід належить до катодної подини, до способу її виготовлення і до її застосування в електролізері для виробництва алюмінію.
Звичайно алюміній одержують за допомогою електролізу сольового розплаву в електролізерах. В цілому електролізер містить ванну, виготовлену з листового заліза або сталі, днище якої футеровано теплоізоляційним матеріалом. В згаданій ванні до 24-х катодних блоків з вуглецю або графіту, з'єднаних з негативним полюсом джерела живлення, утворюють дно іншої ванни, стінка якої складається з бортових цегл з вуглецю, графіту або карбіду кремнію. У будь-якому випадку між парою катодних блоків утворюється зазор. Таку систему з катодних блоків і можливо заповненого зазору звичайно називають катодною подиною. Зазори між катодними блоками звичайно заповнюють набивною масою з вуглецю і/або графіту на основі кам'яновугільної смоли. Ця маса служить ущільненням проти розплавлених компонентів і для компенсації механічних напружень під час пуску. Як анод звичайно служать вуглецеві блоки, які підвішені на з'єднаній з позитивним полюсом джерела живлення опорній рамі.
В електролізері такого типу розплавлену суміш з оксиду алюмінію (А/2Оз) і кріоліту (МазАїЕв), переважно близько 2-5 95 оксиду алюмінію, близько 85-80 95 кріоліту і інших домішок, піддають електролізу розплаву при температурі приблизно 9602С. При цьому розчинений оксид алюмінію реагує з твердим вуглецевим анодом і утворює рідкий алюміній і газоподібний діоксид вуглецю.
Розплавлена суміш покриває борти електролізера захисною кіркою, у той час як алюміній накопичується на подині електролізера під розплавом через більш високу густину у порівнянні з густиною розплаву, чим відвертається повторне окиснення алюмінію киснем повітря.
Одержаний таким чином алюміній відбирають з електролізера і піддають подальшій обробці.
Під час електролізу анод витрачається, тоді як катодна подина поводиться в основному хімічно інертно. Таким чином, анод є частиною, що спрацьовується, яку заміняють під час роботи, тоді як катодна подина розрахована на тривалий строк експлуатації. Проте, сучасні катодні подини піддані спрацьовуванню. Механічне стирання поверхні катода відбувається за рахунок переміщення шару алюмінію по катодній подині. Крім того, за рахунок утворювання карбіду алюмінію і проникнення натрію відбувається (електро)хімічна корозія катодної подини.
Оскільки, як правило, від 100 до 300 електролізерів з'єднують послідовно, щоб створити економічну установку для виробництва алюмінію, а оскільки такого роду установка звичайно
Зо призначена для використання протягом щонайменше 4-10 років, відмова і заміна катодного блоку в електролізері такого роду установки можуть бути дорогими і затребують дорогих ремонтних робіт, що значно знижує економічну ефективність установки.
Недоліком вищеописаного електролізера, що містить набивну масу з вуглецю і/або графіту на основі кам'яновугільної смоли, є те, що з грубозернистої набивної маси неможливо сформувати тонкі шари з технічних причин, таких як механічна стабільність або процедура набивання, і тому є присутніми проміжки, які зменшують площу поверхні катода і в які можуть проникати алюміній і частинки, що підвищують спрацьовування катодної подини.
Найбільше широко використовувані антрацитові набивні маси є менш електрично і термічно провідними, ніж, зокрема, графітовані катодні блоки. Це знижує ефективну площу поверхні катода і призводить до більш високого енергоспоживання, обумовленого більш високим загальним опором, що знижує економічну ефективність процесу. Крім того, через більш високе питоме навантаження збільшується спрацьовування катодної подини.
Інша проблема полягає в тому, що набивні маси часто містять зв'язувальні речовини на основі кам'яновугільної смоли, що містить поліциклічні ароматичні вуглеводні. Вони токсичні або канцерогенні. Під час використання деякі з цих продуктів або продукти піролізу потрапляють у атмосферу.
В УМО2010/142580А1 набивну масу заміняють стисливою графітовою плівкою, завдяки чому можна обійтися без шкідливих для здоров'я речовин в набивній масі, таких як поліциклічні ароматичні вуглеводні, і добитися ущільнення між катодними блоками катодної подини.
Однак, деформаційна поведінка змінюється відносно ідеальної внаслідок, наприклад, повторного використання сталевої ванни електролізера таким чином, що виникають додаткові тріщини, щілини або зміщення катодних блоків в цілому, у результаті чого не може бути гарантовано ущільнення. Прогноз деформаційної поведінки часто утруднений, тому зазначені додаткові тріщини, щілини або зміщення є експлуатаційним ризиком, тому що у цьому випадку розплав алюмінію або електроліту може витікати, що може навіть призвести до негайного руйнування електролізера. З цієї причини додаткові тріщини і/або щілини необхідно компенсувати.
В зв'язку з цим, завданням даного винаходу є надання катодної подини, яка може компенсувати деформаційну поведінку електролізера і тому забезпечити ущільнення. У 60 контексті даного винаходу під катодною подиною розуміється не тільки система з щонайменше двох катодних блоків з необов'язково заповненим зазором, але і система з щонайменше одного катодного блоку і щонайменше однієї бортової цегли з необов'язково заповненим зазором.
Зазор являє собою проміжок між двома катодними блоками або катодним блоком і бортовою цеглою.
Це завдання вирішується за допомогою катодної подини електролізера для виробництва алюмінію, що містить щонайменше два катодні блоки і/або щонайменше один катодний блок і щонайменше одну бортову цеглу, які розташовані на заданій відстані одне від одного, причому зазор заповнений заповнювачем, який може бути попередньо розміщений на щонайменше одному катодному блоці або бортовій цеглі, що відрізняється тим, що заповнювач являє собою попередньо стиснений графітовий лист, що складається з терморозширеного графіту і інтеркаляційної сполуки графіту.
Згідно з винаходом катодна подина містить заповнювач, який розташований на щонайменше одному катодному блоці і/або бортовій цеглі, і відрізняється тим, що заповнювач містить попередньо стиснений лист на основі терморозширеного графіту і інтеркаляційної сполуки графіту. У розумінні, прийнятому в даному винаході, "попередньо стиснений" означає, що лист на основі терморозширеного графіту і інтеркаляційної сполуки графіту був стиснений, але ще стисливий далі. Це означає, що попередньо стиснений лист на основі терморозширеного графіту і інтеркаляційної сполуки графіту частково стиснений, а значить, спресований і також спресовуваний далі.
Згідно з винаходом попередньо стиснений графітовий лист на основі терморозширеного графіту і інтеркаляційної сполуки графіту також називається попередньо стисненим графітовим листом. Ці два терміни взаємозамінні за розумінням даного винаходу і належать до попередньо стисненого графітового листа з терморозширеного графіту і інтеркаляційної сполуки графіту.
Терморозширений графіт має наступні корисні властивості: він нешкідливий для здоров'я, екологічно безпечний, м'який, стисливий, легкий, стійкий до старіння, хімічно і термічно стійкий, непроникний для технічних газів і рідин, негорючий і легко оброблюваний. Крім того, він не утворює сплаву з рідким алюмінієм. Тому він підходить як заповнювач для катодної подини електролізера для виробництва алюмінію.
Для одержання терморозширеного графіту з червоподібною структурою графіт, такий як
Зо природний графіт, звичайно змішують з інтеркалатом, таким як неорганічна кислота, наприклад азотна кислота, сірчана кислота або їх суміші і, таким чином, одержують інтеркаляційну сполуку графіту у вигляді проміжного продукту, який потім піддають термообробці при підвищеній температурі, наприклад, від 6002С до 12002С (заявка ОЕ10003927А1). Інтеркалювання кислотою звичайно відбувається у присутності окисника, наприклад азотної кислоти (НМОз), пероксиду водню (НгОг), перманганату калію (КМпоОх) або хлорату калію (КСІОз).
Терморозширений графіт являє собою графіт, який розширений відносно природного графіту, наприклад, у 80 або більше разів в площині, перпендикулярній шарам гексагонального вуглецю. Терморозширений графіт характеризується достатньо високою формівністю і гарною здатністю до взаємного зчеплення через розширення. Терморозширений графіт може бути виготовлений у формі листа з теплопровідністю до 500 Вт/(м'К).
Теплопровідність визначають методом Ангстрема ("Апозігот'5 Метод ої Меазигіпд Тпегтаї!
Сопаисіїмну"; Ату І. Г уУйПе; Рпузісз Оєрайтенпі, Те СоіПеде ої М/оовієг, Тезев).
Інтеркалат інтеркаляційної сполуки графіту може бути донором електронів або акцептором електронів, переважно акцептором електронів. В даному винаході під терміном "донор електронів" маються на увазі сполуки або елементи, які мають вільні електрони, наприклад, літій, калій, рубідій або цезій. В даному винаході під терміном "акцептор електронів" мається на увазі сполука, яка має дефіцит електронів, тобто незавершену конфігурацію інертного газу.
Як акцептори електронів у контексті винаходу можуть бути вибрані галогеніди металів, переважно хлориди металів, таких елементів як залізо (Ре), алюміній (АЇ), сурма (55), олово (2п), ітрій (У), хром (Сг) або нікель (Мі), і кислоти, переважно сірчана кислота (Нг5Оз4), оцтова кислота (СНз3СООН) і азотна кислота (НМОз) або суміші сірчаної кислоти/азотної кислоти і сірчаної кислоти/оцтової кислоти. Переважно, як акцептори електронів використовуються галогеніди алюмінію, особливо переважно хлорид алюмінію, або сірчана кислота (Нг50).
Використання попередньо стисненого графітового листа як заповнювача дозволяє закрити тріщини або щілини, що виникають під час процесу або при повторному використанні сталевої ванни, завдяки розширенню інтеркаляційної сполуки графіту, розширення якої залежить від переважних температур. Таким чином, можливо "самозаліковування" тріщин або щілин.
Можливі дефекти або щілини, викликані установкою, також можуть бути заліковані за рахунок розширення солі, а зазори між можливими прилеглими кромками у випадку 60 використання попередньо стиснених графітових листів, які менше повної довжини катода,
зведені до мінімуму.
У результаті тріщини або щілини, крім інших, можуть також бути закриті у недоступних ділянках катода. За рахунок закривання додаткових щілин і/або тріщин забезпечують ущільнення електролізера.
Згідно з винаходом можуть бути також змішані разом різні інтеркаляційні сполуки графіту, що демонструють початок розширення через різні інтеркалати при різних температурах відносно одне одного. Таким чином, різні температурні ділянки електролізера, наприклад, між катодними блоками і між катодом і бортовою цеглою, можуть бути охоплені цілеспрямовано.
У результаті, можна запропонувати заповнювач, що виготовляється за індивідуальним замовленням.
Переважно, частка терморозширеного графіту у попередньо стисненому графітовому листі становить між 70 і 99,5 мас. 95, переважно між 80 і 95 мас. 95, а особливо переважно 90 мас. 95, а частка інтеркаляційної сполуки графіту у попередньо стисненому графітовому листі становить між 0,5 і 30 мас. 95, переважно між 5 і 20 мас. 95, а особливо переважно 10 мас. 95. Компоненти терморозширеного графіту і інтеркаляційної сполуки графіту в сумі завжди становлять 100 мас. 95.
Якщо частка інтеркаляційної сполуки графіту у попередньо стисненому графітовому листі становить менше 0,5 мас. 95, то закривається занадто мало тріщин, оскільки є присутнім занадто мало інтеркаляційної сполуки графіту, яка може згодом розширитися, а значить, ця інтеркаляційна сполука графіту може знаходитися у неправильному місці через обмежене розподілення поблизу поверхні.
Якщо частка інтеркаляційної сполуки графіту у попередньо стисненому графітовому листі становить більше 30 мас. 95, то стабільність такого попередньо стисненого графітового листа виявляється занадто низькою, оскільки попередньо стиснений графітовий лист досягає стабільності за рахунок зчеплення вже розширених частинок графіту.
Якщо частка інтеркаляційної сполуки графіту у попередньо стисненому графітовому листі становить 0,5-30 мас. 95, то можливо згадане вище самозаліковування тріщин і/або щілин, тобто тріщини або щілини, що залишилися, закриваються шляхом подальшого розширення інтеркаляційної сполуки графіту при переважних температурах електролізера. Заповнювач,
Зо який адаптований до температурного режиму електролізера і який тому може бути виготовлений на замовлення, може бути забезпечений шляхом вибору інтеркаляційної сполуки графіту.
Іншим переважним ефектом є фізіологічна нешкідливість попередньо стисненого графітового листа у порівнянні з звичайною вуглецевою масою, яка містить кам'яновугільну смолу і яка містить поліциклічні ароматичні вуглеводні, які шкідливі для здоров'я. Крім того, попередньо стиснений графітовий лист має більш високу електро- і теплопровідність у порівнянні зі звичайною вуглецевою масою, що містить кам'яновугільну смолу, і, отже, також збільшує ефективну площу поверхні катода.
Використовуваний згідно з винаходом попередньо стиснений графітовий лист можна вставляти в ті ділянки електролізера, де використовується звичайна набивна маса, тобто, зокрема, в зазорах, які утворюються між катодними блоками, а також в проміжках між бортами електролізера і катодними блоками. Попередньо стиснений графітовий лист використовується, зокрема, як ущільнювальний засіб між катодними блоками катодної подини і між катодним блоком і бортом катодної подини.
Заповнювач і катодні блоки або катодний блок і борт з'єднані з силовим замиканням і переважно закінчуються врівень. Заповнювач і катодний блок або борт можуть бути необов'язково склеєні, наприклад, за допомогою фенольної смоли. В даному винаході терміни "борт" і "бортова цегла" використовуються аналогічно.
За рахунок застосування попередньо стисненого графітового листа замість звичайно застосовуваної набивної маси, що містить кам'яновугільну смолу, можна зменшити ширину зазору між катодними блоками і тим самим збільшити ефективну площу поверхні катода. Цей матеріал, що служить заповнювачем між двома катодними блоками, не тільки здатний ущільнювати зазор між двома катодними блоками, але і здатний завдяки властивій йому стисливості компенсувати набухання катодних блоків і/або бортових цегл, викликане розширенням під дією натрію, яке відбувається під час електролізу. Натрій проникає в катодні блоки і/або бортові цегли внаслідок дифузії з розплаву кріоліту (МазАїЕв).
З цієї причини згідно з винаходом попередньо стиснений графітовий лист має товщину 2-35 мм, переважно 5-20 мм, особливо переважно 10-15 мм. Мінімальна товщина у 2 мм необхідна для того, щоб компенсувати викликане натрієм розширення катодного блоку і/або борту. 60 Згідно з винаходом попередньо стиснений графітовий лист має щільність 0,04-0,5 г/см3,
переважно 0,05-0,3 г/см3, особливо переважно 0,07-0,1 г/см3. Щільність має бути менше 0,5 г/см3 так, щоб одержати графітовий лист товщиною 2 мм при типовій вазі на одиницю площі 1000 г/м. Цей графітовий лист може бути додатково стиснений таким чином, щоб між катодним блоком і/або бортом не утворювався зазор.
В іншому переважному варіанті здійснення заповнювач розташовують на двох протилежних поверхнях катодного блоку, які примикають до поверхні, що утворює зазор, а також на і в зазорі, так що заповнювач розташований врівень. Той факт, що заповнювач розташований врівень, означає, що за розумінням винаходу заповнювач розташований на катодних блоках так, що катодна подина у кожному випадку має однакові розміри по довжині, висоті і ширині. В катодній подині електролізера є простір між бортами електролізера і катодними блоками. Заповнювач у цьому випадку розташований так, що він заповнює проміжки між катодними блоками і ділянками між катодними блоками і бортами. Таким чином, катодна подина утворює все дно електролізера, тобто вона простягається до всіх бортів електролізера, причому вона має ділянки з підвищеною тепло- і електропровідністю у вигляді катодних блоків і ділянки зі зниженою тепло- і електропровідністю у вигляді заповнювача, що складається з терморозширеного графіту і інтеркаляційної сполуки графіту.
Катодні блоки переважно мають більший розмір у довжину, ніж розмір у ширину, тоді як розміри у ширину і у висоту приблизно однакові. Звичайно катодні блоки мають довжину до 3800 мм, ширину 700 мм і висоту 500 мм. Переважно, щонайменше два катодні блоки розташовані так, що їх розміри у довжину паралельні. Задана відстань між двома катодними блоками звичайно становить приблизно 30-60 мм. За рахунок застосування заповнювача згідно з даним винаходом можливе зменшення відстані між катодними блоками. Тому, наприклад, при використанні катодних блоків шириною 650 мм відстань між катодними блоками має становити не менше 40 мм при застосуванні звичайних набивних мас як заповнювача між ними, тоді як при застосуванні попереднього стисненого графітового листа вона може бути зменшена до 10 мм.
Тому ефективна площа поверхні катодних блоків збільшується приблизно на 5 95, коли ширина зазорів 40 мм між катодними блоками шириною 650 мм зменшується, наприклад, до 10 мм.
Переважно, щонайменше один катодний блок містить щонайменше один засіб для з'єднання з джерелом живлення. Наприклад, катодний блок містить щонайменше один паз для
Зо прийому струмовідвідного стрижня, який може бути з'єднаний з джерелом живлення. Коли щонайменше два катодні блоки орієнтовані так, що їх довжини взаємно паралельні, то цей паз переважно орієнтований у поздовжньому напрямку катодного блоку, тобто паз витягнений паралельно зазору, що утворився між двома катодними блоками. Зрозуміло, катодна подина може додатково містити з'єднувальний елемент між катодним блоком і струмовідвідним стрижнем, наприклад, контактну масу або аналогічний матеріал.
Згаданий щонайменше один катодний блок виконаний так, що він електро- і теплопровідний, стійкий до високих температур, хімічно стабільний відносно до компонентів електролізної ванни і не здатний утворювати сплав з алюмінієм. Катодний блок переважно виконаний з графіту і/або аморфного вуглецю. Зокрема, катодний блок містить графіт або графітований вуглець, оскільки вони більше, ніж інші матеріали, відповідають вимогам відносно до тепло- і електропровідності і хімічної стійкості для формування катодної подини в електролізері для виробництва алюмінію.
Катодна подина, що має в попередніх переважних варіантах здійснення щонайменше два катодні блоки і/або щонайменше один катодний блок і щонайменше одну бортову цеглу, містить ділянки, які мають високу провідність, а там, де є заповнювач з попередньо стисненого графітового листа, містить ділянки, які звичайно мають більш низьку провідність, ніж катодні блоки і/або бортові цегли, але які здатні ущільнювати утворені між катодними блоками проміжки так, що ніякі компоненти ванни не можуть проникати під час електролізу в нижні ділянки катодної подини. Таким чином, обидва компоненти, тобто катодні блоки або бортові цегли і попередньо стиснений графітовий лист, виконують різні функції катодної подини. Внаслідок багатофункціональної конструкції ця катодна подина може бути розрахована на широке застосування. У зв'язку з розташуванням множини катодних блоків і/або катодних блоків і бортових цегл утворюється велика провідна катодна поверхня, а за рахунок ефективного ущільнення зазорів між катодними блоками з використанням попередньо стисненого графітового листа відвертається спрацьовування і пошкодження катодних поверхонь між катодними блоками.
Катодна подина згідно з винаходом може бути виготовлена способом, що включає наступні стадії: а) забезпечення щонайменше одного катодного блоку;
Юр) розміщення заповнювача на щонайменше одній поверхні щонайменше одного катодного бо блоку, при цьому заповнювач містить щонайменше один попередньо стиснений лист на основі терморозширеного графіту і інтеркаляційної сполуки графіту; с) розміщення щонайменше одного іншого катодного блоку або щонайменше однієї бортової цегли на заданій відстані від згаданого щонайменше одного катодного блоку так, щоб заповнювач заповнив зазор, що утворився внаслідок розміщення іншого катодного блоку або бортової цегли на заданій відстані від згаданого щонайменше одного катодного блоку.
За рахунок виготовлення катодної подини, що містить попередньо стиснений графітовий лист, може бути одержана високо ефективна площа поверхні катода завдяки можливості близького один до одного розташування множини катодних блоків. Виготовлення катодного блоку відбувається таким чином, що заповнювач за рахунок свого розташування на цьому щонайменше одному катодному блоці з'єднаний з ним геометричним замиканням, за необхідністю додатково використовують клей.
Розташовуючи інший катодний блок або бортову цеглу на катодному блоці, по-перше, за допомогою попередньо стисненого графітового листа забезпечують ще одне з'єднання з геометричним замиканням між катодними блоками або між катодним блоком і бортовою цеглою.
Інший катодний блок або бортову цеглу встановлюють за рахунок гідравлічного або механічного притиснення, використовуючи за необхідністю клей і, таким чином, створюють з'єднання з силовим замиканням. За допомогою способу за винаходом можна зменшити ширину зазору між катодними блоками або між катодним блоком і бортовою цеглою у порівнянні зі звичайною шириною зазору і тим самим збільшити ефективну площу поверхні катода. Попередньо стиснений графітовий лист, що заповнює зазор, стисливий частково оборотно, так що він може компенсувати набухання катодних блоків.
Після розміщення іншого катодного блоку, в зазорі встановлюють попередньо стиснений графітовий лист, що являє собою слабкопружний заповнювач, який ущільнює цей зазор без утворювання порожнин. Стадія розміщення щонайменше одного іншого катодного блоку може виконуватися до або після розміщення заповнювача на щонайменше одному катодному блоці.
Катодні блоки до або після їхнього забезпечення (встановлення) можуть бути забезпечені засобами, які дозволяють приєднувати їх до джерела живлення. Наприклад, катодний блок може бути до або після встановлення забезпечений щонайменше одним пазом, в який вставляють щонайменше один струмовідвідний стрижень, який може бути приєднаний до
Ко) джерела живлення. Крім того, оброблений таким чином катодний блок до або після встановлення може бути забезпечений іншими засобами, наприклад, між катодним блоком і струмовідвідним стрижнем може бути розташована контактна маса.
Катодна подина згідно з винаходом використовується в електролізері для виробництва алюмінію. У переважному варіанті здійснення електролізер містить ванну, яка, як правило, містить листове залізо або сталь і має круглу або чотирикутну, переважно прямокутну, форму.
Борти ванни можуть бути футеровані вуглецем, графітом або карбідом кремнію. Переважно, щонайменше днище ванни футеровано теплоізоляцією. Катодна подина розташована на днищі ванни або на теплоізоляції. Щонайменше два, переважно 10-24, катодних блоки розташовані паралельно один одному відносно їх довжини на заданій відстані один від одного так, що між ними утворюється зазор, який відповідно заповнений щонайменше одним попередньо стисненим графітовим листом. Простори між бортами і катодними блоками заповнені або заповнювачем, який містить попередньо стиснений графітовий лист, або звичайною антрацитовою набивною масою. Аналогічно, проміжки між катодними блоками можуть бути заповнені або попередньо стисненим графітовим листом, або звичайною антрацитовою набивною масою. Кожний зазор катодної подини може бути заповнений по-різному. Катодні блоки приєднані до негативного полюса джерела живлення. Щонайменше один анод, наприклад електрод Содерберга або попередньо обпалений електрод, підвішений на з'єднаній з позитивним полюсом джерела живлення опорній рамі і виступає у ванну, не торкаючись катодної подини або бортів ванни. Переважно, відстань від анода до стінок більше, ніж до катодної подини або шару алюмінію, що утворюється.
Для одержання алюмінію розчин оксиду алюмінію в розплавленому кріоліті піддають електролізу розплаву при температурі близько 960 "С, при цьому борти ванни покриваються твердою кіркою суміші-розплаву, а алюміній накопичується під розплавом, оскільки алюміній має більш високу густину, ніж розплав.
Інші ознаки і переваги винаходу описані нижче з посиланням на наступні креслення, не обмежуючись ними, причому: на фіг. 1 показано схематичне зображення поперечного перерізу катодної подини згідно з винаходом; на фіг. 2 показано схематичне зображення поперечного перерізу частини електролізера для 60 виробництва алюмінію, який містить катодну подину згідно з винаходом;
на фіг. За-3с схематично показана послідовність стадій виготовлення катодної подини згідно з винаходом; і на фіг. 4а-4с схематично показана інша послідовність стадій виготовлення катодної подини згідно з винаходом.
На фіг. 1 показано схематичне зображення поперечного перерізу катодної подини 1 згідно з винаходом. Катодна подина 1 містить заповнювач З з попередньо стисненого графітового листа, який заповнює зазор 5, утворений між двома катодними блоками 7. Катодні блоки 7 володіють достатньою для застосування в електролізі сольового розплаву електро- і теплопровідністю і виготовлені, наприклад, з графітованого вуглецю. Кожний з катодних блоків 7 містить паз 9 для прийому струмовідвідного стрижня (не показаний), який робить можливим їх приєднання до джерела живлення. Заповнювач З і катодні блоки 7 закінчуються врівень.
На фіг. 2 показано схематичне зображення поперечного перерізу частини електролізера 213 для виробництва алюмінію. Електролізер 213 містить ванну 215 зі сталі. Борти 217 ванни 215, один з яких показаний на фіг. 2, футеровані бортовими цеглами 219 з графіту, одна з яких показана на фіг. 2. Днище ванни 215 футеровано теплоізоляційним шаром 221, який покриває днище повністю. Катодна подина 21 розташована на теплоїзоляційному шарі 221. Катодна подина 21 містить заповнювач 23 і катодні блоки 27, два з яких показані на фіг. 2, які розташовані на заданій відстані один від одного. У стандартних електролізерах заповнювач 24, розташований між бортовою цеглою 219 і катодним блоком 27, являє собою набивну масу з вуглецю. Нею заповнюється зазор між цеглою 219 і катодним блоком 27. Згідно з винаходом заповнювач 24 може також являти собою попередньо стиснений графітовий лист. Заповнювач 23 також містить попередньо стиснений графітовий лист. Між кожним катодним блоком 27 утворений зазор 25. Заповнювач 23 заповнює зазор 25, а набивна маса 24 заповнює відповідний проміжок між катодним блоком 27 і бортом 217, так що теплоізоляційний шар 221 повністю покритий катодною подиною 21, що містить набивну масу 24, заповнювач 23 і катодні блоки 27. Як показано на фіг. 2, заповнювач 23 закінчується врівень з катодними блоками 27.
Кожний катодний блок 27 містить паз 29, придатний для прийому струмовідвідного стрижня (не показаний), який може бути з'єднаний з негативним полюсом джерела живлення (не показаний).
Крім того, електролізер 213 містить аноди 223, два з яких показані на фіг. 2 і кожний з яких
Зо підвішений на з'єднаному з позитивним полюсом джерела живлення (не показаний) тримачі 225.
В електролізері 213 знаходиться розчин 227 оксиду алюмінію в розплавленому кріоліті. Під час електролізу алюміній 229 накопичується між розчином 227 і катодною подиною 21.
На фіг. За-3с схематично показана послідовність стадій виготовлення катодної подини 31 згідно з винаходом.
На фіг. За показана підготовка двох катодних блоків 37, кожний з яких має паз 39 для прийому струмовідвідного стрижня і які розташовані на заданій відстані один від одного так, що утворюється зазор 35. На фіг. 35 показаний заповнювач 33, що містить попередньо стиснений графітовий лист, який вставляють у зазор 35. На фіг. Зс показана катодна подина 31 так, як вона може використовуватися в електролізері для виробництва алюмінію. Заповнювач 33 заповнює зазор 35. Розміри заповнювача 33 вибрані так, що він закінчується врівень з катодними блоками 37 і повністю заповнює зазор 35. Слід зазначити, що можливі з'єднання і засоби з'єднання катодної подини 31 з джерелом живлення були опущені на фіг. За-3с для ясності.
На фіг. 4а-4с схематично показана інша послідовність стадій виготовлення катодної подини 41 згідно з даним винаходом.
На фіг. 4а показана підготовка катодного блоку 47, який містить паз 49 для прийому струмовідвідного стрижня (не показаний). На фіг. 46 показаний заповнювач 43, що містить попередньо стиснений графітовий лист, який розташовують плоским на поверхні катодного блоку 47, причому за необхідністю для закріплення використовують клей. На фіг. 4с показано, що інший катодний блок 47 з пазом 49 розташовують на заповнювачі 43 так, що він з'єднується з цим катодним блоком 47 за допомогою заповнювача 43 з силовим замиканням. На фіг. 4с показана катодна подина 41 так, як вона може використовуватися в електролізері для виробництва алюмінію. Повторюючи показані на фіг. 46 і 4с стадії, можна виготовити катодну подину з множиною розташованих поряд один з одним катодних блоків. Слід зазначити, що можливі з'єднання і засоби з'єднання катодної подини 41 з джерелом живлення були опущені на фіг. 4а-4с для ясності.
Далі даний винахід описаний на основі прикладів здійснення, причому ці приклади здійснення не обмежують винахід.
Приклад 1 здійснення 60 До 20 г графіту додали 50 г сірчаної кислоти (95-98 95-01) і 1 г Н2О» (70 95-го). Після закінчення часу інтеркаляції у 20 хвилин реакційну суміш відфільтрували під вакуумом, промили дистильованою водою (приблизно 250 мл) декількома порціями і ще раз відфільтрували під вакуумом. Одержану інтеркаляційну сполуку графіту висушили при 120 "С до сталої ваги. Потім 90 мас. 95 одержаної інтеркаляційної сполуки графіту розширювали при приблизно 1000 "С. До одержаного таким чином терморозширеного графіту додали 10 мас. 9о інтеркаляційної сполуки графіту шляхом неперервного розподілення інтеркаляційної сполуки графіту на шарі частинок терморозширеного графіту, які потім негайно стискали.
Приклад 2 здійснення
До 20 г графіту додали 50 г сірчаної кислоти (95-98 95-01) і 1 г Н2О» (70 95-го). Після закінчення часу інтеркаляції у 20 хвилин реакційну суміш відфільтрували під вакуумом, промили дистильованою водою (приблизно 250 мл) декількома порціями і ще раз відфільтрували під вакуумом. Одержану інтеркаляційну сполуку графіту висушили при 120 "С до сталої ваги. Потім 90 мас. 95 одержаної інтеркаляційної сполуки графіту розширювали при приблизно 1000 "С і по жолобу подавали на конвеєрну стрічку. У цей жолоб неперервно подавали 10 мас. 95 інтеркаляційної сполуки графіту у співвідношенні 1:9. Потім негайно стискали.
Список посилальних позицій 1 - катодна подина
З - заповнювач 5 - зазор 7 - катодний блок 9 - паз 21 - катодна подина 23 - заповнювач 24 - набивна маса 25 - зазор 27 - катодний блок 29 - паз 31 - катодна подина 33 - заповнювач
Зо 35 - зазор 37 - катодний блок 39 - паз 41 - катодна подина 43 - заповнювач 45 - зазор 47 - катодний блок 49 - паз 213 - електролізер 215 - ванна 217 - борт 219 - бортова цегла 221 - теплоізоляційні шари 223 - анод 225 - тримач 227 - розчин оксиду алюмінію 229 - алюміній

Claims (9)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Катодна подина для електролізера для виробництва алюмінію, що містить щонайменше два катодні блоки і/або щонайменше один катодний блок і щонайменше одну бортову цеглу, які розташовані на заданій відстані одне від одного, причому зазор заповнений заповнювачем, який може бути попередньо розміщений на щонайменше одному катодному блоці або щонайменше одній бортовій цеглі, яка відрізняється тим, що заповнювач являє собою попередньо стиснений графітовий лист, що складається з терморозширеного графіту і інтеркаляційної сполуки графіту, при цьому частка інтеркаляційної сполуки графіту в попередньо стисненому графітовому листі становить між 0,5 і 30 мас. 95.
2. Катодна подина за п. 1, яка відрізняється тим, що частка терморозширеного графіту в бо попередньо стисненому графітовому листі становить між 70 і 99,5 мас. 905.
3. Катодна подина за п. 1, яка відрізняється тим, що інтеркалатом інтеркаляційної сполуки графіту є акцептор електронів у вигляді кислоти, вибраної з групи, що складається з сірчаної кислоти (Н25О4), оцтової кислоти (СНзСООН) або азотної кислоти (НМОз), або ж сумішей сірчаної кислоти/азотної кислоти і сірчаної кислоти/оцтової кислоти.
4. Катодна подина за п. 1, яка відрізняється тим, що попередньо стиснений графітовий лист має товщину 2-35 мм.
5. Катодна подина за п. 1 або 4, яка відрізняється тим, що попередньо стиснений графітовий лист має щільність 0,04-0,5 г/см3.
6. Катодна подина за п. 1 або 2, яка відрізняється тим, що заповнювач розташований на двох протилежних поверхнях катодного блока і/або бортової цегли, що примикають до утворюючої зазор поверхні цього катодного блока, і на, і в зазорі, так що заповнювач розташований врівень.
7. Спосіб виготовлення катодної подини за будь-яким з пп. 1-6, що включає наступні стадії: а) забезпечення щонайменше одного катодного блока; Б) розміщення заповнювача на щонайменше одній поверхні згаданого щонайменше одного катодного блока, при цьому заповнювач містить щонайменше один попередньо стиснений лист на основі терморозширеного графіту і інтеркаляційної сполуки графіту; с) розміщення щонайменше одного іншого катодного блока або щонайменше однієї бортової цегли на заданій відстані від згаданого щонайменше одного катодного блока так, що заповнювач заповнює зазор, що утворився внаслідок розміщення іншого катодного блоку або бортової цегли на заданій відстані від згаданого щонайменше одного катодного блока.
8. Спосіб за п. 7, яка відрізняється тим, що розташування заповнювача на згаданій щонайменше одній поверхні згаданого щонайменше одного катодного блока включає закріплення згаданого заповнювача на цій поверхні за допомогою клею.
9. Застосування катодної подини за будь-яким з пп. 1-6 в електролізері для виробництва алюмінію. 1 Й з 7 9 рі 7 9 5 ФІГ, 1
22» 925 х / ою сотня 223 3 ХАЕС сККнннни АЕС ССКККККККх у / і шебо0О827 МЕНЕ у я 1 СОН я оо ПЕ 7 ЗЕЕКЕЕНЕ ЕНН КЕНЕ З ВЕЕКЕЕНЕ ЕК МИ ЕЕ я ооо 0 у я енв о ос, КУ і МУК В ОО ОК и В МИ СОЯ 87 фути ж фу ву во ддоенвсстувснтя тя: я. ; Н 7 І; 213 Ї зу ви 237 за З ов 2 ода лі З 27 24 25251 215
ФІГ. 7? пп оп пп ТТ
ФІГ. За я и ШЕ о с ен ЕЕ А НН АЖА А НННЕ в я, ; ооо й МІУ За В Я они
ФІГ. ЗВ шини ну я ппппипифеипийиц ропи С Х не 3/9 3537 39
ФІГ. Зес дя ЕЕ 47 49 47 43 43
ФІГ. 4а ФІГ. 4 в нн ЕЕ нн поеевнве півня » винен оно заеня 47 49 43 45 49 47
ФІГ. 4с
UAA201804202A 2015-09-18 2016-09-16 Катодна подина для виробництва алюмінію UA120662C2 (uk)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015011952.4A DE102015011952A1 (de) 2015-09-18 2015-09-18 Kathodenboden, Verfahren zur Herstellung eines Kathodenbodens und Verwendung desselben in einer Elektolysezelle zur Herstellung von Aluminium
PCT/EP2016/072048 WO2017046376A1 (de) 2015-09-18 2016-09-16 Kathodenboden zur herstellung von aluminium

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA120662C2 true UA120662C2 (uk) 2020-01-10

Family

ID=56936433

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UAA201804202A UA120662C2 (uk) 2015-09-18 2016-09-16 Катодна подина для виробництва алюмінію

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20180282888A1 (uk)
EP (1) EP3350358B1 (uk)
JP (1) JP6629433B2 (uk)
CN (1) CN108350587B (uk)
DE (1) DE102015011952A1 (uk)
PL (1) PL3350358T3 (uk)
RU (1) RU2707304C2 (uk)
UA (1) UA120662C2 (uk)
WO (1) WO2017046376A1 (uk)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115142093B (zh) * 2022-07-14 2024-01-30 湖南大学 一种预焙阳极抗氧化剂、其制备方法及应用

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004028967A1 (ja) * 2002-09-26 2004-04-08 Oiles Corporation 耐熱性膨張黒鉛シート
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
RU2227178C2 (ru) * 1998-12-16 2004-04-20 Алкан Интернешнел Лимитед Способ изготовления многослойной катодной структуры
DE10003927A1 (de) 2000-01-29 2001-08-02 Sgl Technik Gmbh Verfahren zum Herstellen von expandierbaren Graphiteinlagerungsverbindungen unter Verwendung von Phosphorsäuren
EP1801264A1 (en) * 2005-12-22 2007-06-27 Sgl Carbon Ag Cathodes for aluminium electrolysis cell with expanded graphite lining
DE102009024881A1 (de) * 2009-06-09 2010-12-16 Sgl Carbon Se Kathodenboden, Verfahren zur Herstellung eines Kathodenbodens und Verwendung desselben in einer Elektrolysezelle zur Herstellung von Aluminium
DE102010041081B4 (de) * 2010-09-20 2015-10-29 Sgl Carbon Se Kathode für Elektrolysezellen
DE102011004009A1 (de) * 2011-02-11 2012-08-16 Sgl Carbon Se Kathodenanordnung und Kathodenblock mit einer eine Führungsvertiefung aufweisenden Nut

Also Published As

Publication number Publication date
CN108350587A (zh) 2018-07-31
RU2018113972A (ru) 2019-10-18
PL3350358T3 (pl) 2019-12-31
RU2018113972A3 (uk) 2019-10-18
DE102015011952A1 (de) 2017-03-23
JP2018527468A (ja) 2018-09-20
EP3350358A1 (de) 2018-07-25
US20180282888A1 (en) 2018-10-04
CN108350587B (zh) 2020-04-07
JP6629433B2 (ja) 2020-01-15
WO2017046376A1 (de) 2017-03-23
EP3350358B1 (de) 2019-08-14
RU2707304C2 (ru) 2019-11-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100478500C (zh) 一种异形阴极碳块结构铝电解槽
JP5149300B2 (ja) ハイブリッドエネルギ貯蔵デバイスとその製造方法
RU2567777C2 (ru) Катодная подина, способ производства катодной подины и применение ее в электролитической ячейке для производства алюминия
WO2021104166A1 (zh) 氧铝联产电解用的电极结构
UA120662C2 (uk) Катодна подина для виробництва алюмінію
JP5714108B2 (ja) アルミニウム電解セル用のカソードブロックおよびその製造方法
CN1342219A (zh) 用于电解铝的石墨阴极
TWI681078B (zh) 氟電解槽陽極安裝部、氟電解槽,及氟氣之製造方法
EP3415663B1 (en) Electrolyzer cathode lining method for producing primary aluminum
US2938843A (en) Process for the production of aluminum by fused bath alumina electrolysis and three-layer anode for carrying out said process
SU1708935A1 (ru) Подина алюминиевого электролизера
GB2135335A (en) Supports for carbon electrodes
RU2698121C1 (ru) Способ формирования вторичного анода алюминиевого электролизера с самообжигающимся анодом
ITMI960911A1 (it) Tipo migliorato di lastra bipolare per elettrolizzatori
CN103069053A (zh) 制备铝电解槽用阴极块的方法和阴极块
US20170362726A1 (en) Cover for an electrolysis cell for procuding aluminium
JP2013537939A (ja) アルミニウム生産のための電解セル
KR100286717B1 (ko) 개선된 불소의 제조 방법
RU2449060C2 (ru) Подина электролизера для получения алюминия
US3776833A (en) Magnesium electrolyzer
JP2004232061A (ja) 電解槽
RU2073749C1 (ru) Способ изготовления электродной массы для алюминиевых электролизеров
Dumas et al. Low Electrical Resistivity and High Thermal Conductivity Carbon Products: the Solution For Cell Lining
CN101838821A (zh) 铝电解槽新型内衬