DD297459A5 - Verfahren zum vorwaermen einer kohleelektrode fuer schmelzflusselektrolyse - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorwärmen einer Kohleelektrode für Schmelzflusselektrolyse. Das Verfahren ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet: a) Vorwärmen der Elektrode im Ofen oberhalb der Schmelze über einen Zeitraum von 6 bis 10 Stunden. b) Eintauchen des unteren Teils der Kohleelektrode in die Schmelze und Aufheizen ohne Kontakt der Schutzglocke mit der Schmelze über einen Zeitraum von 6 bis 10 Stunden. c) Weiteres Absenken der Elektrode bis auch die Schutzglocke in die Schmelze eintaucht.{Verfahren; Vorwärmen; Schmelzflusselektrolyse; Kohleelektrode; temperaturbeständige Schutzglocke, gasdicht, selbsttragend}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorwärmen einer Kohleelektrode für Schmelzflußelektrolyse. Charakteristik des bekannten Standes der Technik Bei Schmelzflußraffinationselektrolysen, wie z.B. der Dreischichtenelektrolyse zur Raffination von Aluminium, werden als Kathoden üblicherweise Kohleelektroden eingesetzt. Diese Elektroden tauchen unmittelbar in das schmelzflüssige Kathodenmetall ein. Durch die hohe Temperatur der Elektroden und den ungehinderten Zutritt von Luftsauerstoff brennt der Kohlenstoff dicht über der Schmelzcberfläche sehr stark ab. Der Elektrodenquerschnitt kann dabei so stark vermindert werden,

daß der untere Teil der Elektrode abbricht. Dies führt insgesamt zu einem erheblichen Kohlenstoffverbrauch von etwa 8%, bezogen auf die erzeugte Metulimenge. Um diesen hohen Kohlenstoffverbrauch herabsetzen, muß der Zutritt von Lüftsauerstoff unterbunden werden. Dazu wurden bisher mehrere Methoden vorgeschlagen.

Durch Imprägnieren der Kohloelektroden, z. B. mit Borax oder Phosphaten, kann der Kohlenstoffvorbrauch auf etwa 4%

herabgesetzt werden. In diesem Fall wird jedoch das Kathodenmetall durch das Imprägniermittel verunreinigt.

Beschichten bzw. Umgießen der Kohleelektroden mit bereits raffiniertem Aluminium bietet keinen ausreichenden Schutz gegen Sauerstoff. Das Aluminium kann bei den gegebenen Temperaturen von der Elektrodenoberfläche abschmelzen, so daß der Kohlenstoff unter der Schutzschicht abbrennt. Als weitere Möglichkeit wurde vorgeschlagen, die Kohleelektroden unmittelbar mit einer mehrere mm dicken Keramikschicht zu

versehen, z. B. durch Plasmaspritzen. Die unterschiedliche Wärmedehnung von Kohle und Keramik führt jedoch unter

Wärmebelastung zur Zerstörung der Keramikschicht. Ziel der Erfindung

Mit der Erfindung wird ein wirtschaftliches Verfahren zum Vorwärmen einer Kohleelektrode für Schmelzflußelektrolyse unmittelbar im Elektrolyseofen, die von einer selbsttragenden, gasdichten und temperaturbeständigen Schutzglocke umgeben ist, bereitgestellt.

Darlegung des Wesens der Erfindung Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Vorwärmen einer Kohleelektrode für Schmelzelektrolyse

unmittelbar im Elektrolyseofen aufzufinden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, indem ein Verfahren vom Vorwärmen einer Kohleelektrode für Schmelzflußelektrolyse zur Verfügung gestellt wird. Das Verfahren zum Vorwärmen ist durch folgende Schritte gekennzeichnet:

a) Vorwärmen der Elektrode im Ofen oberhalb der Schmelze über einen Zeitraum von 6 bis 10 Stunden.

b) Eintauchen des unteren Teils der Kohleelektrode in die Schmelze und Aufheizen ohne direkten Kontakt der Schutzglocke mit der Schmelze über einen Zeitraum von 6 bis 10 Stunden.

c) Weiteres Absenken der Elektrode bis auch die Schutzglocke in die Schmelze eintaucht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Kohlenstoffelektrode effizient und dauerhaft gegen Sauerstoffzutritt zu schützen, so daß der Kohlenstoffabbrand aufwerte von etwa 1 % abgesenkt wird. Dabei sollen keine Verunreinigungen in das Kathodenmetall eingetragen werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Kohleelektrode mit den Merkmalen des Anspruches 1. Grundgedanke der Erfindung ist es, die Kohleelektrode mit einer selbsttragenden Schutzglocke aus einem möglichst gasdichten, temperaturbeständigen Material zu umgeben. Dabei wird unter „selbsttragend" eine Schutzglocke verstanden, die im Abstand von der Elektrode ggf. auch über eine abstützende Vorrichtung gehalten wii d. Elektrode und Schutzglocke t? ichon gemeinsam in das Kathodenmetall ein, so daß die Elektrode vollständig von der Umgebungsluft isoliert ist.

Die Schutzglocke muß selbsttragend ausgeführt sein und darf nicht dicht auf der Elektrode aufliegen, da die Schutzglocke sonst durch die unterschiedlichen Wärmedehnungen von Kohle und Keramik zerstört würde. Der Abstand zwischen Außenfläche der Elektrode und Innenfläche der Schutzglocke sollte mindestens 1 mm betragen. Unterhalb dieses Wertes besteht die Gefahr, daß durch Kapillarwirkung Metallschmelze im Zwischenraum aufsteigt und In kälteren Bereichen erstarrt. Dies kann zur Zerstörung der Schutzglocke führen bzw. die Wiederverwendbarkeit der Glocke einschränken.

Als geeignetes Material für die Schutzglocke hat sich eine AI₂03-Keramik mit einem AI₂O₃-Gehatt von > 99,7 Gew.-% und einer Gesamtporosität S 5% erwiesen. Dieses Material ist ausreichend dicht, um den Zutritt von Luftsauerstoff zu verhindern. Die hohe Reinheit gewährleistet, daß keine Verunreinigungen in das Kathodenmetall eingebracht werden. Für eine gute mechanische Stabilität zur Montage und Handhabung der Schutzglocke ist eine Mindestwandstärk« von 5mm erforderlich

Die Schutzglocke muß trotz der vergleichweise hohen Thermoschockbeständigkuii vor dem Eintauchen in die Schmelze vorgeheizt werden, um Beschädigungen zu vermeiden. Die erfindungsgemäße Kohleelektrode erlaubt in einer bevorzugten Ausführungsform ein wirtschaftliches Vorheizen unmittelbar im Elekrolyseofen. In diesem Fall umgibt die Schutzglocke nicht die gesamte Mantelfläche der Kohleelektrode, sondern endet in einem bestimmten Abstand von der in die Schmelze eintauchenden Seite der Elektrode. Dieser Abstand beträgt mindestens 10mm. Die gesamte Elektrode wird in den Elektrolyseofen eingebracht und zunächst der Schmelze über einen Zeitraum von 6 bis 10 Stunden vorgewärmt. Danach wird der untere Teil der Kohleelektrode in die Schmelze eingetaucht, wobei die Schutzglocke noch keinen direkten Kontakt mit der Schmelze hat. In dieser Position wird die Elektrode über einen Zeitraum von 6 bis 10 Stunden weiter aufgeheizt. Anschließend wird die Elektrode soweit abgesenkt, bis auch die Schutzglocke in die Schmelze eintaucht. Der maximale Abstand zwischen Unterkante der Elektrode und Unterkante der Glocke wird begrenzt durch die Schichthöhe des flüssigen Kathodenmetalls. Der Abstand sollte einen Wert von 30mm nicht wesentlich überschreiten.

Die erfindungsgemäße Kohleelektrode wird bevorzugt in zylindrischer Form ausgeführt. Sie kann vorteilhaft als Kathode in Schmelzflußraffinationselektrolyseverfahren eingesetzt werden. Dabei eignet sie sich insbesondere als Kathode für die Dreischichtenelektrolyse zur Raffination von Aluminium. In diesem Fall kann der Kohlenstoffverbrauch auf ca. 1%, bezogen auf die erzeugte Metallmenge, herabgesetzt werden. Weitere Vorteile der Erfindung sind lange Lebensdauer und Wiederverwendbarkeit der Schutzglocke sowie die Vermeidung der Verunreinigung des Kathodenmetalls

Ein Ausführungsbeispiel wird im folgenden Jahr näher erläutert und unter Bezugnahme auf die 7oichnung beschrieben.

Ausführungsbeispiel

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße, einsatzfertig montierte Kohleelektrode mit keramischer Schutzglocke. Die Kohleelektrode 1 ist zylindrich ausgebildet. Auf der stromzuführenden Seite ist ein Kupfernippel 7 mittels einer Graphitstampfmasse 8 in die Elektrode 1 eingestampft. Die Schutzglocke 2 besteht aus einer AI₂O₃-Keramik mit einem AI₂O₃-Gehalt von > 99,7 Gew.-% und einer Gesamtporosität S 5%. Sie ist rohrförmig ausgebildet und konzentrisch und die Kohleelektrode 1 angeordnet. Die Schutzglocke 2 weist an einem Ende einen radial nach innen ragenden, umlaufenden Kragen 9 auf. Die Befestigung der Schutzglocke 2 erfolgt durch Verschraubung des Kragens 9 und des Kupfernippels 7 mittels einer Mutter 10. Die Verschraubung ist über Druckscheiben 11; 12 mit temperaturbeständigen Dichtringen 13; 14; 15 und Dichtmassen 16 abgedichtet. Der Abstand zwischen der Außenfläche 3 der Kohleelektrode 1 und der Innenfläche 4 der Schutzglocke 2 beträgt 1 bis 5mm. Auf der in die Schmelze eintauchenden Seite ragt die Kohleelektrode 1 aus der Schutzglocke 2 heraus. Der Abstand zwischen der Unterseite 5 der Kohleelektrode 1 und der Unterkante 6 der Schutzglocke 2 beträgt 30 mm.

Claims (1)

1. Verfahren zum Vorwärmen einer Kohleelektrode für Schmelzflußelektrolyse, die von einer selbsttragenden, gasdichten und temperaturbeständigen Schutzglocke (2) umgeben ist, wobei der Abstand zwischen der in die Schmelze einzutauchenden Unterseite (5) der Elektrode (1) und der Unterkante (6) der Schutzglocke (2) mindestens 10mm beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorwärmen mit folgenden Schritten unmittelbar im Elektrolyseofen erfolgt:

   a) Vorwärmen der Elektrode im Ofen oberhalb der Schmelze über einen Zeitraum von 6 bis 10 Stunden,

   b) Eintauchen des unteren Teils der Kohleelektrode in die Schmelze und Aufheizen ohne direkten Kontakt der Schutzglocke mit der Schmelze über einen Zeitraum von 6 bis 10 Stunden,

   c) Weiteres Absenken der Elektrode bis auch die Schutzglocke in die Schmelze eintaucht.