Інертний анод для електролітичного отримання металів
Власники патенту RU 2401324:
Установа української академії наук Інститут високотемпературної електрохімії Уральського відділення РАН (RU)
Установа української академії наук Інститут металургії Уральського відділення РАН (RU)
Винахід стосується кольорової металургії, зокрема до алюмінієвої промисловості і електролітичному отриманню алюмінію з використанням металокерамічного (керметні) інертного анода.
Заміна традиційних вугільних анодів, які використовуються в даний час для електролітичного отримання алюмінію, на інертні дозволить вирішити цілий комплекс проблем, пов'язаних зі зниженням енергоємності виробництва і капітальних витрат. Використання інертних размероустойчівих анодів дозволить значно підвищити технологічність виробництва, проте, одним з головних переваг нової технології є зниження викиду парникових газів, фторсолей і фреонів, що дозволить змінити існуючий на даний момент для алюмінієвої промисловості статус екологічно брудного виробництва.
В даний час основною проблемою, що перешкоджає комерціалізації інертних анодів, є висока швидкість корозії пропонованих анодних матеріалів і неприйнятно високе забруднення виробленого алюмінію компонентами анода.
Як невитратний анодів різними дослідниками пропонується використовувати металеві сплави і оксидну кераміку. Компромісним варіантом, який поєднує переваги оксидних матеріалів і металевих сплавів, є кермети. Це двофазні матеріали, що складаються з оксидної матриці і дрібнодисперсного, як правило, рівномірно розподіленим за обсягом анода металевої фази. Оксидна матриця КЕРМЕТ виконує роль жорсткого каркаса, а пластична металева зв'язка надає КЕРМЕТ механічну міцність, підвищує його стійкість до термоударам і значно збільшує електропровідність.
Недоліком даного винаходу є наявність в складі кераміки діоксиду олова. Олово є дуже небажаною домішкою в алюмінії, тому необхідна додаткова технологічна стадія очищення від Sn, яка значно ускладнює існуючий процес.
Відомий склад оксидно-металевого електрода ( «Composition suitable for inert electrode», US Patent 4455211, 1983), що містить оксиди нікелю і заліза із загальною формулою NiX Fe3-X O4 і мелкодисперсную металеву фазу (переважно железонікелевий сплав). Матеріал був випробуваний в якості анода під час електролізу кріоліт-глиноземного розплаву.
Недоліком винаходу є істотна розчинність в кріоліт-глиноземному розплаві матеріалу анода і його висока швидкість корозії, які є головними причинами забруднення катодного алюмінію компонентами анода.
Спільними ознаками прототипу і заявленого матеріалу є мелкодисперсная металева фаза і керамічна фаза, яка містить оксиди нікелю і заліза.
Технічною задачею винаходу є підвищення чистоти алюмінію, одержуваного електролізом розплаву з використанням інертного анода.
Поставлена задача вирішується за рахунок того, що керамічна фаза інертного анода, що включає оксиди нікелю і заліза, додатково містить оксиди хрому і / або міді в кількості від 1 до 80 мас.%. Склади керамічної фази, що забезпечують низькі розчинність і швидкість корозії в к.г.р. визначали за результатами експериментів.
Винахід може бути проілюстровано такими прикладами.
Було виготовлено зразки оксидной кераміки різного складу, що містять оксиди заліза і нікелю з додаванням оксидів міді і / або хрому в кількості 1-80 мас.%, А також складів прототипу. Порошок оксидів змішували в необхідній пропорції і піддавали термообробці для здійснення твердофазного синтезу. Далі порошок оксидних з'єднань (або їх суміш з металевим порошком в кількості 5-30 мас.%) Пресували в зразки циліндричної форми діаметром 10 мм і довжиною 30-50 мм. Спресований матеріал сушили, а потім спікається при температурі 1000-1300 ° С. Обрані умови спікання забезпечували отримання щільних і міцних керамічних зразків.
У таблиці 1 для порівняння представлені як властивості зразків прототипу на основі оксидів заліза і нікелю, що мають найменшу сумарну розчинність компонентів, так і деякі з пропонованих нами з'єднань, що мають близький до прототипу склад з додаванням оксидів міді і / або хрому. Дані таблиці 1 показують, що керамічні матеріали, що містять оксиди нікелю, заліза, міді і / або хрому, мають більш низьку розчинність в кріоліт-глиноземному розплаві, ніж у зразків прототипу.
Швидкість розчинення визначали по залежності концентрації компонентів анода в електроліті від часу: для всіх компонентів швидкість розчинення була різною і зменшувалася у міру насичення ними розплаву. Швидкість розчинення кераміки в одиницях маси сплаву, який перейшов в електроліт, розраховували за сумою мас окремих компонентів електрода. Результати розрахунків при двох сумарних концентраціях компонентів анода в розплаві представлені в таблиці 1.
Результати електролізних випробувань показують, що використання інертних анодів з керамічної фазою, що містить оксиди нікелю, заліза і додатково - міді і / або хрому в кількості 1-80 мас.%, Забезпечує отримання алюмінію, що містить мінімум на 23,9% менше домішок в порівнянні з прототипом.
Під час електролізу компоненти інертного анода розчиняються в кріоліт-глиноземному розплаві, а потім переходять в катодний алюміній. Таким чином, при контакті електроліту з розплавленим алюмінієм концентрація насичення електроліту оксидними компонентами анода не досягається. У цих умовах істотним чинником, що впливає на чистоту одержуваного алюмінію, є не тільки низька розчинність, але і низька швидкість розчинення анода. Використання матеріалу анода, що володіє як низьку розчинність, так і низькою швидкістю розчинення в кріоліт-глиноземному розплаві забезпечує отримання алюмінію, що містить істотно меншу кількість домішок.
Нижня межа вмісту легуючих оксидів (Cr2 O3 + Cu2 O) (1 мас.%) Обумовлений необхідністю підвищення електропровідності кераміки на основі оксидів нікелю та заліза. Верхня межа вмісту оксидів (Cr2 O3 + Cu2 O) (80 мас.%) Обмежений необхідністю зниження розчинності і швидкості корозії оксидного матеріалу в к.г.р.
Нижня межа вмісту металевої фази в КЕРМЕТ (5 мас.%) Обумовлений мінімальної електропровідністю КЕРМЕТ. Верхня межа вмісту металевої фази в КЕРМЕТ (30 мас.%) Обумовлений рівномірним розподілом металевої фази в об'ємі КЕРМЕТ і структурної стабільністю матеріалу.
Висока стійкість пропонованих нами анодних матеріалів пов'язана з низькими розчинність, швидкістю розчинення і швидкістю корозії керамічної фази в кріоліт-глиноземному розплаві. Таким чином, досягається при використанні винаходу технічний результат виникає за рахунок того, що керамічна фаза керметні анода, що включає оксиди нікелю, заліза і додатково містить оксиди міді і / або хрому в кількості 1 ÷ 80 мас.%, Має низькі розчинність, швидкість розчинення і швидкість корозії в кріоліт-глиноземному розплаві.
З вищевикладеного видно, що поставлена перед нами завдання підвищення чистоти одержуваного металу досягнута, а саме при використанні анодів пропонованих нами складів отриманий алюміній, який містить мінімум на 23,9% менше домішок в порівнянні з прототипом.
Винахід відноситься до кольорової металургії, а саме до способів при обслуговуванні самоспекающегося анода на алюмінієвих електролізерах з верхнім струмопідведення у виробництві алюмінію.
Винахід відноситься до області виробництва алюмінію електролізом розплавлених солей, зокрема виробництву анодної маси для формування самообжігающіміся анода алюмінієвого електролізера, і може бути використано при виробництві обпалених анодів для тих же цілей.
Винахід відноситься до струмопідвідної шині електродів електролізерів для виробництва алюмінію з оксиду алюмінію в електролітичній ванні.
Винахід відноситься до виробництва алюмінію електролізом, а саме до способу захисту вуглеграфітового анода алюмінієвого електролізера.
Винахід відноситься до виробництва алюмінію в електролізерах з самообжігающіміся анодами, а саме до способу для формування вторинного анода при перестановці анодних штирів.
Винахід відноситься до електролітичному отриманню алюмінію, зокрема до способу розстановки анодних штирів на електролізері для виробництва алюмінію з самообжігающіміся анодом і верхнім струмопідведення.
Винахід відноситься до захисних покриттів для захисту вугільних анодів від окислення повітрям при вигорянні анода в електролізері для отримання алюмінію і способу його нанесення.
Винахід відноситься до кольорової металургії, зокрема способу створення анодних і катодних вузлів магнієвих і алюмінієвих електролізерів.
Винахід відноситься до кольорової металургії, зокрема до отримання алюмінію в електролізерах з попередньо обпаленими анодами, і може бути застосовано для охолодження анодних огірків.
Винахід відноситься до області виробництва алюмінію в електролізерах, оснащених анодними витрачаються токоподводами, виконаними з алюмінію.
Винахід відноситься до кольорової металургії, зокрема до виробництва алюмінію електролітичним способом у електролізерах з обпаленими анодами
Винахід відноситься до кольорової металургії, зокрема до електролітичному отриманню алюмінію, а саме до герметизації електролізера
Винахід відноситься до обслуговування анода електролізера з верхнім струмопідведення при електролітичному отриманні алюмінію з розплавлених солей, а саме до способу управління формуванням анода на електролізері з верхнім струмопідведення шляхом збільшення щільності струму в аноді
Винахід відноситься до кольорової металургії, зокрема до виробництва алюмінію електролізом, а саме до конструкції інертних анодів електролізерів для виробництва алюмінію
Винахід відноситься до області виробництва алюмінію електролізом розплавлених солей, зокрема до виробництва анодної маси для формування самообжігающіміся анода алюмінієвого електролізера, і може бути використано при виробництві обпалених анодів для тих же цілей
Винахід відноситься до виготовлення інертних анодів для електролітичного отримання алюмінію в кріоліт-глиноземному розплаві
Винахід відноситься до конструкції анодного токоподвода електролізера для отримання алюмінію
Винахід відноситься до конструкції анодного пристрою алюмінієвого електролізера з механізмом переміщення анодної ошиновки
Винахід відноситься до способу виробництва анодної маси для самообжігающіміся анодів алюмінієвих електролізерів і може бути використано у виробництві обпалених анодів
Винахід відноситься до анодному пристрою алюмінієвих електролізерів