JPH05263285A - Electrode for aluminum electrolysis - Google Patents

Electrode for aluminum electrolysis

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JPH05263285A
JPH05263285A JP9187192A JP9187192A JPH05263285A JP H05263285 A JPH05263285 A JP H05263285A JP 9187192 A JP9187192 A JP 9187192A JP 9187192 A JP9187192 A JP 9187192A JP H05263285 A JPH05263285 A JP H05263285A
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JP
Japan
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boride
cathode
electrode
aluminum
carbonaceous
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Application number
JP9187192A
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Japanese (ja)
Inventor
Tatsuo Hayashi
辰雄 林
Kazuhiro Fujimoto
和弘 藤本
Isao Sekine
功 関根
Makoto Yuasa
真 湯浅
Tsutomu Wakasa
勉 若狭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikkei Techno Research Co Ltd
Nippon Light Metal Co Ltd
Original Assignee
Nikkei Techno Research Co Ltd
Nippon Light Metal Co Ltd
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Publication date
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  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アルミニウム溶湯に対する濡れ性に優れ、高
い電流効率で溶融塩電解を行うことができる電極を提供
する。 【構成】 このアルミニウム電解用電極は、硼化ジルコ
ニウム40〜70重量%を含有する炭素質又は黒鉛質複
合材からなる。硼化ジルコニウムに加え、チタン,ニオ
ブ,タンタル及びハフニウムの硼化物を1種又は2種以
上含有させてもよい。この場合、全硼化物の含有量を4
0〜70重量%の範囲にする。また、炭素質又は黒鉛質
の基体に、硼化ジルコニウムを含有する炭素質又は黒鉛
質複合材を必要に応じて中間層を介し積層させ、バイポ
ーラ電極とすることもできる。 【効果】 アルミニウム溶湯に対する陰極面の濡れ性が
優れているため、電解槽内に小さな極間距離でブロック
状陰極又はバイポーラ電極を配置することができる。ま
た、陽極面も均質に消耗され、長期間にわたって高い電
流密度で且つ安定した電解条件下で溶融塩電解を行うこ
とができる。そのため、アルミニウムの製造に必要な電
気エネルギーの消費量が大幅に節減される。
(57) [Summary] [Object] To provide an electrode having excellent wettability with molten aluminum and capable of performing molten salt electrolysis with high current efficiency. [Structure] This aluminum electrolysis electrode is made of a carbonaceous or graphite composite material containing 40 to 70% by weight of zirconium boride. In addition to zirconium boride, one or more boride compounds of titanium, niobium, tantalum and hafnium may be contained. In this case, the total boride content should be 4
The range is 0 to 70% by weight. Alternatively, a carbonaceous or graphitic composite material containing zirconium boride may be laminated on a carbonaceous or graphitic substrate with an intermediate layer, if necessary, to form a bipolar electrode. [Effect] Since the wettability of the cathode surface with the molten aluminum is excellent, the block cathode or the bipolar electrode can be arranged in the electrolytic cell with a small distance between the electrodes. In addition, the anode surface is also consumed uniformly, and molten salt electrolysis can be performed for a long period of time at a high current density and under stable electrolysis conditions. Therefore, the consumption of electric energy required for manufacturing aluminum is significantly reduced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、溶融塩電解によるアル
ミニウム製造の際に使用される電流効率の優れたアルミ
ニウム電解用電極に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrode for aluminum electrolysis, which is used in the production of aluminum by molten salt electrolysis and has excellent current efficiency.

【0002】[0002]

【従来の技術】アルミニウムの電解製造には、塩化物系
の溶融塩を使用する方法,フッ化物系の溶融塩を使用す
る方法等がある。
2. Description of the Related Art Electrolytic production of aluminum includes a method of using a chloride-based molten salt and a method of using a fluoride-based molten salt.

【0003】塩化アルミニウム塩化ナトリウム−塩化カ
リウム系の溶融塩でアルミニウムを電解製造するとき、
図1に示すように、電解槽1内に複数の電極21 ,22
・・・2n をスペーサ3を介して垂直方向に配置してい
る。電極21 ,22 ・・・2n には、平板状の炭素板が
通常使用されている。スペーサ3は、個々の電極21
2 ・・・2n 間の距離を一定に維持するものであり、
電解反応や溶融塩による侵食に対し優れた耐久性を示す
材料が使用される。
When aluminum is electrolytically produced by molten salt of aluminum chloride sodium chloride-potassium chloride system,
As shown in FIG. 1, a plurality of electrodes 2 1 , 2 2 are provided in the electrolytic cell 1.
... 2 n are arranged in the vertical direction via the spacer 3. A flat carbon plate is usually used for the electrodes 2 1 , 2 2 ... 2 n . The spacer 3 is composed of individual electrodes 2 1 ,
To keep the distance between 2 2 ... 2 n constant,
A material having excellent durability against electrolytic reaction and erosion by molten salt is used.

【0004】相互に接続された電極21 ,22 ・・・2
n は、電解槽1に収容されている電解浴4に浸漬され
る。電解槽1は、通電部材として働かないため、溶融塩
や溶融アルミニウムによる侵食に対し優れた耐久性をも
つ窒化ケイ素系等の耐火れんがで構築される。電解浴4
としては、供給口5から装入した塩化アルミニウム塩化
ナトリウム−塩化カリウム系の溶融塩に溶解したものが
使用される。
The electrodes 2 1 , 2 2 ... 2 connected to each other
The n is immersed in the electrolytic bath 4 contained in the electrolytic bath 1. Since the electrolytic cell 1 does not function as a current-carrying member, it is constructed of a refractory brick of silicon nitride or the like having excellent durability against corrosion by molten salt or molten aluminum. Electrolysis bath 4
As the material, the one dissolved in the molten salt of aluminum chloride sodium chloride-potassium chloride system charged from the supply port 5 is used.

【0005】電解浴4に浸漬した電極21 ,22 ・・・
n の上部が陰極側、下部が陽極側となるように通電す
る。電解浴4を700℃程度に保持して電解を行うと
き、個々の電極21 ,22 ・・・2n の上側陰極面で、
アルミニウムの電解析出反応が生起される。生成した溶
融アルミニウムは、電極21 ,22 ・・・2n の側面に
沿って電解浴4中を流下し電解槽1の底部に溜り、溶融
メタル層6形成する。
Electrodes 2 1 , 2 2 ... Immersed in the electrolytic bath 4
Energize so that the upper part of 2 n is on the cathode side and the lower part is on the anode side. When carrying out electrolysis while maintaining the electrolytic bath 4 at about 700 ° C., the upper cathode surface of each electrode 2 1 , 2 2, ... 2 n
An electrolytic deposition reaction of aluminum occurs. The generated molten aluminum flows down in the electrolytic bath 4 along the side surfaces of the electrodes 2 1 , 2 2 ... 2 n and collects at the bottom of the electrolytic cell 1 to form a molten metal layer 6.

【0006】他方、発生した塩素ガスは、電極21 ,2
2 ・・・2n の側面に沿って電解浴4中を上昇し、反応
系から排気される。塩素ガスの排出を規制するため、個
々の電極21 ,22 ・・・2n に、ガス流動方向を規制
する下向き突起3aが設けられている。下向き突起3a
によって図1で右方向の流れが抑制され、発生した塩素
ガスは、電極21 ,22 ・・・2n の左側から上昇し、
排気口7を経て系外に排出される。
On the other hand, the generated chlorine gas is generated by the electrodes 2 1 , 2
2 ... goes up along the side surface of 2 n in the electrolytic bath 4 and is exhausted from the reaction system. In order to regulate the discharge of chlorine gas, each electrode 2 1 , 2 2 ... 2 n is provided with a downward projection 3 a that regulates the gas flow direction. Downward protrusion 3a
As a result, the flow in the right direction in FIG. 1 is suppressed, and the generated chlorine gas rises from the left side of the electrodes 2 1 , 2 2 ... 2 n ,
It is discharged to the outside of the system through the exhaust port 7.

【0007】また、水平に配置したブロック状の消耗型
電極と電解槽底面に設置した電極との間で通電し、フッ
化物系の電解浴で溶融塩電解する方法,水平方向に対向
させた複数の電極を溶融塩に浸漬し、電極間にある溶融
塩を電解し、陰極側で生成したアルミニウムを陰極表面
に沿って電解槽の底部に流下させる方法等も採用されて
いる。
Further, a method of conducting electric current between a horizontally arranged block-shaped consumable electrode and an electrode installed on the bottom of an electrolytic cell to perform molten salt electrolysis in a fluoride-based electrolytic bath, a plurality of horizontally opposed electrodes There is also adopted a method of immersing the electrode of No. 2 in a molten salt, electrolyzing the molten salt between the electrodes, and causing aluminum produced on the cathode side to flow down to the bottom of the electrolytic cell along the surface of the cathode.

【0008】アルミニウムの析出が行われる陰極、或い
は図1に示したバイポーラ型電極の材質として、無煙炭
質ブロック,黒鉛質ブロック等が従来から使用されてい
る。しかし、炭素質又は黒鉛質の電極は、アルミニウム
溶湯に対する濡れ性が悪い。そのため、電解反応によっ
て析出したアルミニウム溶湯は、球状になって陰極面に
滞留し易い。
Anthracite blocks, graphite blocks and the like have been conventionally used as materials for the cathode on which aluminum is deposited or for the bipolar type electrode shown in FIG. However, the carbonaceous or graphite electrode has poor wettability with the molten aluminum. Therefore, the molten aluminum deposited by the electrolytic reaction becomes spherical and easily stays on the cathode surface.

【0009】液滴の滞留によって、極間距離が局部的に
変動する。たとえば、液滴が滞留している箇所では極間
距離が小さくなり、電極間の抵抗が減少する。そのた
め、電極の全面が電解反応に有効に使用されることな
く、電解電流が液滴滞留箇所に集中的に流れる。その結
果、電流効率が低下することは勿論、液滴が10mmを
超える大きさに成長することもある。大きく成長した液
滴によって短絡の原因であるブリッジが電極間に形成さ
れると、操業不能の状態になる。
Due to the retention of droplets, the distance between the poles locally changes. For example, the distance between the electrodes is reduced at the place where the droplets are retained, and the resistance between the electrodes is reduced. Therefore, the entire surface of the electrode is not effectively used for the electrolytic reaction, and the electrolytic current flows intensively to the droplet retention location. As a result, the current efficiency is lowered, and the droplet may grow to a size exceeding 10 mm. When a bridge that causes a short circuit is formed between the electrodes due to the large-sized droplet, it becomes inoperable.

【0010】この点、フッ化物系の電解浴を使用する電
解炉では、陰極上にある程度の深さを持った溶融メタル
層を残存させ、溶融メタル層を陰極面とする電解を行っ
ている。しかし、磁場による影響で溶融メタル層に流
動,波動,隆起等の現象が生じる。このような現象によ
る悪影響を避けるため、電解エネルギーをある程度犠牲
にしても、極間距離を40mm以上に設定しているのが
現状である。
In this respect, in an electrolysis furnace using a fluoride-based electrolytic bath, a molten metal layer having a certain depth is left on the cathode, and electrolysis is performed using the molten metal layer as the cathode surface. However, due to the influence of the magnetic field, phenomena such as flow, wave, and uplift occur in the molten metal layer. In order to avoid the adverse effect of such a phenomenon, the distance between the electrodes is currently set to 40 mm or more even if the electrolytic energy is sacrificed to some extent.

【0011】電解エネルギーを改善する上からは、極間
距離を可能な限り小さく設定することが有効である。し
かし、極間距離を小さく設定した場合には、前述した陰
極面に生成する液滴や溶融メタル層の流動,波動,隆起
等により電解条件が不安定になる。その結果、電流効率
も低下しがちである。そこで、アルミニウム溶湯に対す
る陰極面の濡れ性を改善した電極を使用することが検討
されている。
From the viewpoint of improving the electrolytic energy, it is effective to set the distance between the electrodes as small as possible. However, when the distance between the electrodes is set to be small, the electrolytic conditions become unstable due to the above-mentioned droplets generated on the cathode surface, the flow of the molten metal layer, the wave motion, and the ridge. As a result, the current efficiency tends to decrease. Therefore, use of an electrode having improved wettability of the cathode surface with the molten aluminum has been studied.

【0012】濡れ性の良好な陰極面では、電解反応によ
って析出したアルミニウム溶湯は、大きな液滴に成長す
ることなく、陰極面に沿って流動し、溶融メタル層に集
められる。そのため、液滴の滞留に起因して実効的な極
間距離が変動することなく、安定した条件下での電解製
錬が可能になる。また、極間距離を小さく設定すること
ができるため、電流効率自体も向上し、溶融塩電解に消
費される電気エネルギーが節減される。
On the cathode surface having good wettability, the molten aluminum deposited by the electrolytic reaction flows along the cathode surface without growing into large droplets and is collected in the molten metal layer. Therefore, the effective inter-electrode distance does not change due to the retention of droplets, and electrolytic smelting can be performed under stable conditions. Further, since the distance between the electrodes can be set small, the current efficiency itself is improved, and the electric energy consumed for molten salt electrolysis is reduced.

【0013】アルミニウム溶湯に対する濡れ性が良好な
電極として、硼化チタンを配合した炭素質複合材を使用
することがALUMINIUM(1990年6月号)第
573〜582頁「Von flussigigem Aluminium benetz
bare Kathoden fur Aluminiumelektrolysezellen」で紹
介されている。また、ALUMINIUM(1980年
10月号)第642〜648頁「Inert cathodes for a
luminium electrolysis in Hall-Heroult cells 」で
は、各種金属の硼化物,炭化物,窒化物等を陰極材料と
して使用した調査報告が紹介されている。更に、欧州特
許公報第0169152号明細書でも、硼化チタンを複
合させた炭素質電極が開示されている。
As an electrode having good wettability to molten aluminum, it is possible to use a carbonaceous composite material containing titanium boride as an ALUMINIUM (June 1990 issue), pages 573-582, "Von flussigigem Aluminum benetz."
bare Kathoden fur Aluminum elektrolysezellen ”. In addition, ALUMINIUM (October 1980 issue), pages 642-648, “Inert cathodes for a
In "luminium electrolysis in Hall-Heroult cells", an investigation report using various metal borides, carbides, nitrides and the like as cathode materials is introduced. Further, European Patent Publication No. 0169152 also discloses a carbonaceous electrode in which titanium boride is compounded.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】硼化チタンを複合させ
た炭素質又は黒鉛質電極を陰極に使用しても、実験室評
価で電流効率を目標値の60%以上にすることはできな
かった。また、硼化チタンの配合量を増やすとき、電極
の嵩比重が増大すると共に、炭素材と硼化チタンとの結
合が弱いことに起因して抗折力等の機械的強度が低下す
る。しかも、硼化チタンの複合によって陰極の熱膨張係
数が大きくなり、バイポーラ電極等を製造する場合に剥
離等の問題が生じる。
Even if a carbonaceous or graphite electrode compounded with titanium boride is used as the cathode, the current efficiency could not be increased to 60% or more of the target value in the laboratory evaluation. .. Further, when the compounding amount of titanium boride is increased, the bulk specific gravity of the electrode is increased and the mechanical strength such as transverse rupture strength is decreased due to the weak bond between the carbon material and titanium boride. Moreover, the composite of titanium boride increases the coefficient of thermal expansion of the cathode, causing a problem such as peeling when a bipolar electrode or the like is manufactured.

【0015】本発明は、このような問題を解消すべく案
出されたものであり、硼化チタンに代え硼化ジルコニウ
ムを複合させることにより、アルミニウム電解において
高い電流効率を与え、且つ機械的・熱的特性に優れたア
ルミニウム電解用電極を提供することを目的とする。
The present invention has been devised to solve such a problem, and by combining zirconium boride instead of titanium boride, high current efficiency is provided in aluminum electrolysis, and mechanical An object is to provide an electrode for aluminum electrolysis having excellent thermal characteristics.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】本発明のアルミニウム電
解用電極は、その目的を達成するため、硼化ジルコニウ
ム40〜70重量%を含有する炭素質又は黒鉛質複合材
からなることを特徴とする。硼化ジルコニウムに加え、
チタン,ニオブ,タンタル及びハフニウムの硼化物を1
種又は2種以上を含有させることも可能である。この場
合、全硼化物の含有量が40〜70重量%になるように
成分調整される。
In order to achieve the object, the aluminum electrolysis electrode of the present invention comprises a carbonaceous or graphitic composite material containing 40 to 70% by weight of zirconium boride. .. In addition to zirconium boride,
1 boride of titanium, niobium, tantalum and hafnium
It is also possible to contain one kind or two or more kinds. In this case, the components are adjusted so that the total boride content is 40 to 70% by weight.

【0017】また、炭素質又は黒鉛質の基体に硼化ジル
コニウム含有炭素質又は黒鉛質複合材からなる表層を形
成したバイポーラ電極としても使用される。この場合、
基体と表層との間に、表層から基体に向けて硼化物含有
量が低下する中間層を形成することが好ましい。
Further, it is also used as a bipolar electrode in which a surface layer made of a carbonaceous or graphitic composite material containing zirconium boride is formed on a carbonaceous or graphitic substrate. in this case,
It is preferable to form an intermediate layer having a reduced boride content from the surface layer toward the substrate between the substrate and the surface layer.

【0018】[0018]

【作 用】硼化ジルコニウムは、硼化チタンに比較して
コールタール,ピッチ,樹脂等の結合材に対する濡れ性
が良好である。そのため、硼化ジルコニウムを炭素質又
は黒鉛質材料と配合して作製したとき、嵩比重の大きな
ブロック成形体が得られる。このブロック成形体を焼成
又は黒鉛化したとき、硼化ジルコニウムと炭素との結合
力が大きく、抗折力等の機械的強度に優れた複合体が得
られる。嵩比重及び抗折力に与える硼化ジルコニウムと
硼化チタンとの差は、硼化ジルコニウム又は硼化チタン
の含有量が多くなるほど顕著に現れる。
[Operation] Zirconium boride has better wettability to binders such as coal tar, pitch, and resin than titanium boride. Therefore, when zirconium boride is blended with a carbonaceous or graphitic material to produce a block compact having a large bulk specific gravity. When this block compact is fired or graphitized, a composite having a large binding force between zirconium boride and carbon and excellent in mechanical strength such as transverse rupture strength can be obtained. The difference between zirconium boride and titanium boride in terms of bulk specific gravity and transverse rupture strength becomes more remarkable as the content of zirconium boride or titanium boride increases.

【0019】また、硼化ジルコニウムと炭素材との結合
が強いことから、複合体の熱膨張係数も小さく抑えら
れ、優れた耐熱衝撃性が示される。熱膨張に及ぼす硼化
ジルコニウム及び硼化チタンの影響も、硼化ジルコニウ
ム又は硼化チタンの含有量が多くなるほど顕著な諭して
現れる。したがって、この複合体をバイポーラ電極の陰
極部として炭素質又は黒鉛質基体に積層した場合にも、
剥離等の欠陥発生が軽減される。
Further, since the bond between zirconium boride and the carbon material is strong, the coefficient of thermal expansion of the composite can be suppressed to a small value, and excellent thermal shock resistance is exhibited. The effect of zirconium boride and titanium boride on the thermal expansion also appears remarkably as the content of zirconium boride or titanium boride increases. Therefore, even when this composite is laminated on the carbonaceous or graphite substrate as the cathode portion of the bipolar electrode,
The occurrence of defects such as peeling is reduced.

【0020】得られた硼化ジルコニウム−炭素質又は黒
鉛質複合体は、嵩比重が高く、気孔の少ない緻密な組織
をもっている。そのため、アルミニウム溶湯に対する硼
化ジルコニウムの濡れ性改善作用が有効に働き、高い電
流効率が得られる電極となる。また、陰極内部への電解
浴成分の浸透や拡散が抑えられることから、陰極の劣化
が少なく、耐久性も向上する。
The resulting zirconium boride-carbonaceous or graphite composite has a high bulk specific gravity and a dense structure with few pores. Therefore, the effect of improving the wettability of zirconium boride with respect to the molten aluminum works effectively, and the electrode has high current efficiency. Further, since the penetration and diffusion of the electrolytic bath components into the inside of the cathode are suppressed, the cathode is less deteriorated and the durability is improved.

【0021】この硼化ジルコニウムを炭素質及び黒鉛質
に配合した混合物を焼成することにより、複合体を製造
した。得られた複合体について、機械加工性,耐久性,
電気抵抗,アルミニウム溶湯に対する濡れ性等の種々の
特性を調査した。その結果、硼化ジルコニウム40〜7
0重量%を含有する炭素質又は黒鉛質複合材が、アルミ
ニウム電解用電極として要求される特性を備えているこ
とが判明した。また、硼化ジルコニウムに加えて、チタ
ン,ニオブ,タンタル及びハフニウムの硼化物を1種又
は2種以上を炭素質又は黒鉛質と配合するとき、全硼化
物の含有量を40〜70重量%の範囲に維持することに
より、同様にアルミニウム電解用電極に適した複合体が
得られることが判った。
A composite was produced by firing a mixture of this zirconium boride in carbon and graphite. About the obtained composite, machinability, durability,
We investigated various characteristics such as electrical resistance and wettability with molten aluminum. As a result, zirconium boride 40-7
It has been found that a carbonaceous or graphitic composite material containing 0% by weight has the properties required for an electrode for aluminum electrolysis. In addition to zirconium boride, when one or more borides of titanium, niobium, tantalum, and hafnium are mixed with carbonaceous or graphite, the total boride content is 40 to 70% by weight. It was found that by maintaining the content within the range, a composite suitable for an electrode for aluminum electrolysis can be obtained as well.

【0022】以下、本発明を具体的に説明する。アルミ
ニウム電解炉用の電極ブロックを製造するとき、焙焼無
煙炭,黒鉛,石油コークス,石炭系ピッチ等が骨材とし
て使用され、コールタール,樹脂等が粘結材として使用
される。骨材粒度分布,粘結材含有量,組成等が目標値
になるようにそれぞれの原料成分を調製した後、十分に
混練し、ブロック状に成形する。成形ブロックを100
0〜1300℃で焼成することにより一次焼成ブロック
とし、更に2500℃以上の温度で焼成することにより
黒鉛化ブロックにする。
The present invention will be specifically described below. When manufacturing an electrode block for an aluminum electrolysis furnace, roasted anthracite, graphite, petroleum coke, coal-based pitch, etc. are used as an aggregate, and coal tar, resin, etc. are used as a binder. After preparing the respective raw material components so that the aggregate particle size distribution, the binder content, the composition, etc. reach the target values, they are sufficiently kneaded and molded into a block shape. 100 molding blocks
A primary firing block is obtained by firing at 0 to 1300 ° C., and a graphitization block is obtained by further firing at a temperature of 2500 ° C. or higher.

【0023】この焼成過程で、骨材の減量はほとんど生
じない。粘結材は、多量の揮発成分を含んでいるため、
焼成時の加熱によって減量する。減量の程度は、粘結材
の種類及び焼成時の最高到達温度に応じて変わる。陰極
用の一次焼成ブロックには焙焼無煙炭と黒鉛の骨材が、
また陽極用の一次焼成ブロックには石油コークス,石炭
系ピッチコークス等の骨材が一般的に使用される。黒鉛
化ブロックの骨材には、石油コークス,石炭系ピッチコ
ークス等があり、陰極及び陽極の両方に使用されてい
る。
In this firing process, the weight loss of the aggregate hardly occurs. Since the binder contains a large amount of volatile components,
Reduce the amount by heating during firing. The degree of weight loss depends on the type of binder and the maximum temperature reached during firing. Roasted anthracite and graphite aggregate in the primary firing block for the cathode,
Aggregates such as petroleum coke and coal-based pitch coke are generally used for the primary firing block for the anode. The aggregate of the graphitized block includes petroleum coke, coal-based pitch coke, etc., and is used for both the cathode and the anode.

【0024】焼成後のブロックをモノポーラ電極として
使用すると、陰極の消耗はないが、陽極は電解反応で発
生した酸素で酸化され消耗する、そこで、消耗分を補償
するように電極材料を補充する必要がある。他方、バイ
ポーラ電極として使用するとき、ブロックの両面がそれ
ぞれ陽極及び陰極として働き、陽極側が消耗する。そこ
で、消耗に応じて、新しい電極と交換する必要がある。
When the block after firing is used as a monopolar electrode, the cathode is not consumed, but the anode is oxidized and consumed by oxygen generated in the electrolytic reaction. Therefore, it is necessary to supplement the electrode material to compensate the consumed amount. There is. On the other hand, when used as a bipolar electrode, both sides of the block act as an anode and a cathode, respectively, and the anode side is consumed. Therefore, it is necessary to replace with a new electrode according to the consumption.

【0025】陰極ブロックに硼化ジルコニウムを配合す
るとき、モノポーラ電極においてはブロック全体に硼化
ジルコニウムを均一に混合する。或いは、硼化ジルコニ
ウムをブロックの表層のみに混合することもできる。バ
イポーラ電極において硼化ジルコニウムを含有する表層
を形成する場合、表層と基体との間に硼化ジルコニウム
の含有量に勾配を付けた中間層を形成することが好まし
い。基体としては、陽極側として働くことから、石油コ
ークス,石炭系ピッチコークス等の骨材でできたブロッ
クが使用される。中間層を設けるとき、基体と表層との
間の熱膨張差が緩和され、熱応力による基体からの表層
の剥離が抑制される。
When zirconium boride is blended in the cathode block, zirconium boride is uniformly mixed throughout the block in the monopolar electrode. Alternatively, zirconium boride can be mixed only in the surface layer of the block. When forming a surface layer containing zirconium boride in a bipolar electrode, it is preferable to form an intermediate layer having a graded zirconium boride content between the surface layer and the substrate. As the substrate, a block made of aggregate such as petroleum coke or coal-based pitch coke is used because it works as the anode side. When the intermediate layer is provided, the difference in thermal expansion between the substrate and the surface layer is relaxed, and peeling of the surface layer from the substrate due to thermal stress is suppressed.

【0026】中間層は、中間濃度に調製したペーストを
基体ペーストの表面に敷き、その上に表層ペーストを敷
いて、全体を加圧、次いで焼成することによって形成す
ることができる。焼成時の高温加熱によって、基体〜中
間層〜表層の間で拡散が生じ、硼化ジルコニウムの濃度
勾配に不連続的な変化が無くなる。また、基体ペースト
及び中間層ペーストの表面を荒らした後、中間層ペース
ト及び表層ペーストを敷くとき、各層間の混合が行わ
れ、硼化ジルコニウムの濃度が段階的変化から連続的変
化に変わる。その結果、得られた電極が高温に加熱され
たとき、基体〜中間層〜表層の間に発生する熱応力が緩
和され、表層の剥離防止が確実になる。或いは、表面を
荒らした基体ペーストの上に表層ペーストを単に敷き詰
め、基体ペースト及び表層ペーストの混合層を界面に形
成することによって、中間層とすることも可能である。
The intermediate layer can be formed by laying a paste prepared to have an intermediate concentration on the surface of the base paste, laying the surface layer paste on the paste, pressurizing the whole and then firing. Due to the high temperature heating during firing, diffusion occurs between the substrate, the intermediate layer and the surface layer, and discontinuous changes in the concentration gradient of zirconium boride are eliminated. Further, when the intermediate layer paste and the surface layer paste are laid after the surfaces of the base paste and the intermediate layer paste are roughened, the layers are mixed, and the zirconium boride concentration changes from a stepwise change to a continuous change. As a result, when the obtained electrode is heated to a high temperature, the thermal stress generated between the substrate, the intermediate layer and the surface layer is relaxed, and the surface layer is reliably prevented from peeling. Alternatively, it is possible to form the intermediate layer by simply spreading the surface layer paste on the surface-roughened substrate paste and forming a mixed layer of the substrate paste and the surface layer paste at the interface.

【0027】硼化ジルコニウムの粒度は、特に本発明を
拘束するものではないが、濡れ性改善作用を有効に発揮
させる上から細かいものほど好ましい。また、硼化ジル
コニウムは、炭素質の骨材と粘結材とを混合するとき同
時に混合することができるが、予め硼素ジルコニウムと
炭素質の骨材とを良く混合した後、粘結材と混合するこ
とが好ましい。他の硼化チタン,硼化ニオブ,硼化タン
タル,硼化ハフニウム等についても、同様に2段混合す
ることが好ましい。この2段混合によって均一混合に達
する時間が短縮され、粘結材の変質を抑制することがで
きる。
The particle size of zirconium boride is not particularly limited to the present invention, but a finer particle size is preferable from the viewpoint of effectively exhibiting the wettability improving action. Further, zirconium boride can be mixed at the same time when the carbonaceous aggregate and the binder are mixed, but after the boron zirconium and the carbonaceous aggregate are well mixed in advance, they are mixed with the binder. Preferably. Other titanium boride, niobium boride, tantalum boride, hafnium boride, etc. are preferably mixed in two stages as well. This two-stage mixing shortens the time required to reach uniform mixing, and can suppress the deterioration of the binder.

【0028】骨材及び粘結材を混合して得られたペース
トは、従来の方法に従ってブロックに成形され、一次焼
成及び黒鉛化焼成されて電極となる。ただし、硼化ジル
コニウム及び他の硼化物の融点が2850〜3200℃
の温度範囲にあることから、黒鉛化焼成時の最高到達温
度を2800℃程度に設定する。
The paste obtained by mixing the aggregate and the binder is formed into a block according to a conventional method, and primary firing and graphitization firing are performed to form an electrode. However, the melting points of zirconium boride and other borides are 2850 to 3200 ° C.
Since it is in the temperature range of, the maximum temperature reached during graphitization firing is set to about 2800 ° C.

【0029】硼化ジルコニウムは、単独の硼化物として
添加されるとき、その含有量を40〜70重量%の範囲
に調整される。他の硼化物を併せて添加するとき、全硼
化物の含有量を40〜70重量%の範囲に調整する。硼
化物の含有量が40重量%未満であると、得られた電極
の電流効率が不十分となり、アルミニウム電解製錬に際
して電気エネルギーの消費量が増大する。また、アルミ
ニウム溶湯に対する十分な濡れ性が得られず、陰極表面
におけるアルミニウム溶湯の滞留がみられる。他方、硼
化物の含有量が70重量%を超えると、アルミニウム溶
湯に対する濡れ性は十分であるが、配合量の増加と共に
電流効率が逆に低下する傾向を示す。更に、過剰の硼化
ジルコニウムの配合は、焼成体の機械加工性を悪化させ
ることにもなる。
When zirconium boride is added as a single boride, its content is adjusted to the range of 40 to 70% by weight. When other borides are added together, the total boride content is adjusted to the range of 40 to 70% by weight. When the content of boride is less than 40% by weight, the current efficiency of the obtained electrode becomes insufficient and the consumption of electric energy during aluminum electrolytic smelting increases. Moreover, sufficient wettability with respect to the molten aluminum cannot be obtained, and retention of the molten aluminum on the cathode surface is observed. On the other hand, when the content of the boride exceeds 70% by weight, the wettability with respect to the molten aluminum is sufficient, but the current efficiency tends to decrease conversely as the blending amount increases. Furthermore, the addition of excess zirconium boride also deteriorates the machinability of the fired body.

【0030】アルミニウム溶湯に対する陰極表面の濡れ
性は、一般に真空,不活性雰囲気又は電解浴中で陰極上
に置いたアルミニウム溶湯の接触角を測定することによ
って求めている。たとえば、電解浴中で陰極面に滞留す
るアルミニウム溶湯の陰極面に対する接触角は、X線ラ
ジオグラフィーを使用して測定される。或いは、電解浴
から陰極を引き上げるために必要な力を測定し、この力
から界面張力を算出することにより濡れ性を推定する場
合もある。しかし、何れの方法も、溶融塩電解時におけ
る陰極とアルミニウム溶湯との接触状態からかけ離れた
環境で行われることから、求められた濡れ性が実際の値
に則しているか否か信頼性に欠ける。
The wettability of the surface of the cathode with respect to the molten aluminum is generally determined by measuring the contact angle of the molten aluminum placed on the cathode in a vacuum, an inert atmosphere or an electrolytic bath. For example, the contact angle of the molten aluminum retained on the cathode surface in the electrolytic bath with respect to the cathode surface is measured using X-ray radiography. Alternatively, the wettability may be estimated by measuring the force required to pull up the cathode from the electrolytic bath and calculating the interfacial tension from this force. However, both methods are performed in an environment far from the contact state between the cathode and the aluminum molten metal during molten salt electrolysis, and thus the reliability of whether or not the obtained wettability conforms to the actual value is lacking. ..

【0031】そこで、本発明者等は、小型の実験装置で
実際の電解を行った後、陰極の濡れ性を判定する方式を
採用した。すなわち、図2に示すように、小型の黒鉛ル
ツボ10の中に電解浴11を入れて溶融し、陰極側の導
電棒12にアダプター13を介して接続された丸棒陰極
14を電解浴11の中心に吊り下げた。黒鉛ルツボ10
はステンレス鋼製の外殻15で支持され、外殻15に陽
極側の導電棒16を接続した。
Therefore, the present inventors have adopted a method of determining the wettability of the cathode after actually performing electrolysis with a small experimental apparatus. That is, as shown in FIG. 2, an electrolytic bath 11 is put into a small graphite crucible 10 and melted, and a round rod cathode 14 connected to a conductive rod 12 on the cathode side through an adapter 13 is connected to an electrolytic bath 11. Suspended in the center. Graphite crucible 10
Was supported by an outer shell 15 made of stainless steel, and a conductive rod 16 on the anode side was connected to the outer shell 15.

【0032】黒鉛ルツボ10を陽極として丸棒陰極14
との間に定電流を供給し、溶融塩電解を行った。電解終
了後、電解装置をそのまま冷却し、丸棒陰極14の中心
に沿って電解装置を切断し、その断面から丸棒陰極14
の表面におけるアルミニウムの付着状態を観察した。ア
ルミニウム溶湯に対する丸棒陰極14の濡れ性が良好で
あるなら、アルミニウム溶湯は、丸棒陰極14の表面に
薄膜を残して丸棒陰極14から垂れ下がる。他方、アル
ミニウム溶湯に対する丸棒陰極14の濡れ性が悪いと、
アルミニウム溶湯は、丸棒陰極14の表面に付着せず、
球状の液滴となって黒鉛ルツボ10の底部に落下する。
中間の濡れ性を示す場合、丸棒陰極14の表面とアルミ
ニウム溶湯との間に界面張力が作用し、アルミニウム溶
湯は半球状の液滴となって丸棒陰極14の表面に付着す
る。図2の装置を使用して濡れ性を求める方式は、定性
的ではあるが、実際の溶融塩電解時における陰極表面と
アルミニウム溶湯との接触状態を忠実に反映したものと
いえる。
Round bar cathode 14 using graphite crucible 10 as an anode
A constant current was supplied between and to perform molten salt electrolysis. After completion of electrolysis, the electrolysis device is cooled as it is, the electrolysis device is cut along the center of the round bar cathode 14, and the cross section of the round bar cathode 14 is cut.
The adhered state of aluminum on the surface of the was observed. If the wettability of the round bar cathode 14 to the molten aluminum is good, the molten aluminum hangs down from the round bar cathode 14 leaving a thin film on the surface of the round bar cathode 14. On the other hand, if the wettability of the round bar cathode 14 with respect to the molten aluminum is poor,
The molten aluminum does not adhere to the surface of the round bar cathode 14,
It becomes a spherical droplet and drops to the bottom of the graphite crucible 10.
In the case of exhibiting intermediate wettability, interfacial tension acts between the surface of the round bar cathode 14 and the molten aluminum, and the molten aluminum adheres to the surface of the round bar cathode 14 as hemispherical droplets. Although the method of obtaining the wettability using the apparatus of FIG. 2 is qualitative, it can be said that it faithfully reflects the contact state between the cathode surface and the molten aluminum during actual molten salt electrolysis.

【0033】図2の実験装置は、アルミニウム溶湯に対
する濡れ性が良好な陰極を使用するとき、電流効率の測
定にも利用することができる。すなわち、丸棒陰極14
の下端から垂れ下がったアルミニウムを計量し、計量値
を理論生成量で割るとき電流効率が得られる。ただし、
アルミニウムの生成量が多く、その一部が黒鉛ルツボ1
0の底部に落下する場合、アルミニウムが小球となって
分散したり電解浴11中に溶解するので、求められた電
流効率が低い値を示すことになる。そこで、電流効率を
求めるときには、生成したアルミニウム溶湯が丸棒電極
14から落下しない程度に、アルミニウム生成量を少な
くすることが必要である。
The experimental apparatus of FIG. 2 can also be used for measuring the current efficiency when using a cathode having good wettability with respect to molten aluminum. That is, the round bar cathode 14
The current efficiency is obtained when the aluminum hanging from the lower end of is measured and the measured value is divided by the theoretical production amount. However,
A large amount of aluminum is produced, part of which is a graphite crucible 1
When falling to the bottom of 0, aluminum is dispersed as small spheres and dissolved in the electrolytic bath 11, so that the obtained current efficiency shows a low value. Therefore, when obtaining the current efficiency, it is necessary to reduce the amount of aluminum produced so that the produced molten aluminum does not drop from the round bar electrode 14.

【0034】硼化ジルコニウムの配合量を0〜90重量
%の範囲で種々変更した無煙炭質陰極を使用して、図2
に示した実験装置で電流効率を求めたところ、硼化ジル
コニウム含有量が53.7重量%のとき、電流効率が最
大値69%を示した。また、硼化ジルコニウムの含有量
が70重量%を超えると、電流効率に急激な低下がみら
れた。このことからも、硼化ジルコニウムの含有量は、
70重量%が上限であることが判る。
Using anthracite carbonaceous cathodes in which the content of zirconium boride was variously changed in the range of 0 to 90% by weight, FIG.
When the current efficiency was determined by the experimental apparatus shown in FIG. 3, when the zirconium boride content was 53.7% by weight, the maximum current efficiency was 69%. Further, when the content of zirconium boride exceeds 70% by weight, the current efficiency is drastically reduced. From this, the content of zirconium boride is
It can be seen that the upper limit is 70% by weight.

【0035】また、バイポーラ電極は、図3に示す実験
装置を使用して特性を調査した。すなわち、電気炉20
の内部に床敷きレンガ21を敷き、その上に電解槽22
を挿入した後、断熱性耐火物の蓋体23で上方開口部を
閉塞する。電解槽22としては、黒鉛質基体22aに焼
結アルミナ22bのライニングを施し、外側をステンレ
ス鋼製の外殻22cで補強したものを使用した。電解槽
22に装入された電解浴24に、一対のバイポーラ電極
25及び26を浸漬した。バイポーラ電極25,26
は、蓋体23に穿設した貫通孔23a,23bに挿通さ
れる銅製の支持棒27,28でそれぞれ支持した。ま
た、蓋体23に穿設した貫通孔23cに、電解槽22に
接続されたステンレス鋼製の支持棒29を挿通した。
The characteristics of the bipolar electrode were investigated using the experimental apparatus shown in FIG. That is, the electric furnace 20
The flooring brick 21 is laid inside and the electrolytic cell 22 is placed on top of it.
After inserting, the upper opening is closed by the lid 23 of the heat insulating refractory. As the electrolytic cell 22, a graphite base 22a lined with sintered alumina 22b and an outer shell reinforced with a stainless steel outer shell 22c was used. A pair of bipolar electrodes 25 and 26 were immersed in an electrolytic bath 24 charged in the electrolytic cell 22. Bipolar electrodes 25, 26
Were supported by copper support rods 27 and 28 inserted into through holes 23a and 23b formed in the lid 23, respectively. Further, a stainless steel support rod 29 connected to the electrolytic cell 22 was inserted into a through hole 23c formed in the lid 23.

【0036】バイポーラ電極25,26としては、炭素
質又は黒鉛質基体25a,26aに中間層25b,26
bを介して硼化ジルコニウム含有表層25c,26cを
積層したものを使用した。一方のバイポーラ電極25を
陰極に接続し、他方のバイポーラ電極26を陽極に接続
し、バイポーラ電極25と26との間で電解浴24の溶
融塩を電解した。そして、図2の場合と同様に、陰極表
面を形成する表層25cのアルミニウム溶湯に対する濡
れ性を判定し、また表層25cに付着しているアルミニ
ウムの量及び焼結アルミナ22bの底部に堆積している
アルミニウムの量から電流効率を算出した。
As the bipolar electrodes 25 and 26, intermediate layers 25b and 26 are formed on carbonaceous or graphite substrates 25a and 26a.
A stack of zirconium boride-containing surface layers 25c and 26c via b was used. One bipolar electrode 25 was connected to the cathode and the other bipolar electrode 26 was connected to the anode, and the molten salt in the electrolytic bath 24 was electrolyzed between the bipolar electrodes 25 and 26. Then, as in the case of FIG. 2, the wettability of the surface layer 25c forming the cathode surface to the molten aluminum is determined, and the amount of aluminum adhering to the surface layer 25c and the bottom of the sintered alumina 22b are deposited. The current efficiency was calculated from the amount of aluminum.

【0037】[0037]

【実施例】実施例1 :(ブロック状陰極) 粒径0.25mm以下の焙焼無煙炭に、混合量を種々変
更して平均粒度1〜2μmの硼化ジルコニウム及び硼化
チタンを配合した。混練後、軟化点100℃のコールタ
ールピッチを粘結材として加え、150℃で更に混練し
た。粘結材の添加量は、所定の粘性流動が得られるよう
に硼化物の配合割合に応じ全重量の16〜20%の範囲
に設定した。混練によって得られたペーストを、温度1
30℃及び圧力200kgf/cm2 で直径45mmの
丸棒に加圧成形した。成形体をブリーズに詰め、100
0℃で焼成した。
EXAMPLES Example 1 : (Block-shaped cathode) Zirconium boride and titanium boride having an average particle size of 1 to 2 μm were blended with roasted anthracite having a particle size of 0.25 mm or less by varying the mixing amount. After the kneading, coal tar pitch having a softening point of 100 ° C. was added as a binder and further kneaded at 150 ° C. The addition amount of the binder was set within the range of 16 to 20% of the total weight according to the blending ratio of the boride so that a predetermined viscous flow could be obtained. The paste obtained by kneading is heated at a temperature of 1
It was pressure molded into a round bar having a diameter of 45 mm at 30 ° C. and a pressure of 200 kgf / cm 2 . The molded body is packed in a breeze, and 100
Baked at 0 ° C.

【0038】焼成試料の一部を分析し、硼化ジルコニウ
ム及び硼化チタンの含有量を測定した。また、焼成試料
から直径40mm及び長さ100mmの丸棒を切り出
し、図2に示した溶融塩電解試験装置の丸棒陰極14と
して使用した。電解浴11として、NaF/AlF3
量比が1.40で、CaF含有量5重量%及びAl2
3 初期濃度5重量%の浴組成を使用した。電解浴11の
温度を1000℃に保持し、電流密度0.8A/cm2
で溶融塩電解を4時間継続した。
A portion of the fired sample was analyzed to determine the zirconium boride and titanium boride contents. A round bar having a diameter of 40 mm and a length of 100 mm was cut out from the fired sample and used as the round bar cathode 14 of the molten salt electrolysis test apparatus shown in FIG. The electrolytic bath 11 has a NaF / AlF 3 weight ratio of 1.40, a CaF content of 5 wt% and Al 2 O.
3 A bath composition with an initial concentration of 5% by weight was used. The temperature of the electrolytic bath 11 is maintained at 1000 ° C. and the current density is 0.8 A / cm 2
The molten salt electrolysis was continued for 4 hours.

【0039】電解終了後、試験装置をそのまま冷却し、
断面を観察すると共に、生成したアルミニウムの重量か
ら電流効率を求めた。その結果、硼化ジルコニウム及び
硼化チタンの含有量が40〜70重量%の範囲にある陰
極では、何れも生成したアルミニウムが陰極表面に薄膜
を残し、大半が陰極の下端から垂れ下がっていた。これ
に対し、硼化ジルコニウム及び硼化チタンの含有量が4
0重量%未満の陰極では、生成したアルミニウムが大き
な球状になって陰極表面に付着し、アルミニウム溶湯に
対する濡れ性に劣ることが示された。
After completion of electrolysis, the test apparatus was cooled as it was,
The cross section was observed, and the current efficiency was determined from the weight of the produced aluminum. As a result, in each of the cathodes containing zirconium boride and titanium boride in the range of 40 to 70% by weight, the produced aluminum left a thin film on the surface of the cathode, and most of it hung down from the lower end of the cathode. In contrast, the content of zirconium boride and titanium boride is 4
With the cathode of less than 0% by weight, it was shown that the produced aluminum became large spheres and adhered to the surface of the cathode, and the wettability with the molten aluminum was poor.

【0040】アルミニウム溶湯に対する濡れ性をみる限
り、硼化ジルコニウム及び硼化チタンの含有による差は
別段みられなかった。しかし、電流効率は、硼化ジルコ
ニウム含有陰極と硼化チタン含有陰極との間に、表1に
示す差が生じていた。
As far as the wettability with respect to the molten aluminum is concerned, there is no particular difference due to the contents of zirconium boride and titanium boride. However, regarding the current efficiency, the difference shown in Table 1 was produced between the zirconium boride-containing cathode and the titanium boride-containing cathode.

【0041】硼化ジルコニウム含有量及び硼化チタン含
有量が35.3〜72.6重量%の範囲にあるとき、何
れの陰極も50%以上の電流効率を示している。しか
し、44.4〜62.2重量%の範囲で硼化ジルコニウ
ムを含有する陰極が60%を超える電流効率を示してい
るのに対し、硼化チタンを含有する陰極の最大電流効率
は58%に止まっている。硼化ジルコニウムと硼化チタ
ンとの間のこのような差が生じるのは、前述した炭素材
との結合力の違いによる緻密性等の複合体組織の差に起
因するものと推察される。
When the zirconium boride content and the titanium boride content are in the range of 35.3 to 72.6% by weight, all the cathodes show a current efficiency of 50% or more. However, in the range of 44.4 to 62.2% by weight, the cathode containing zirconium boride exhibits a current efficiency of more than 60%, whereas the cathode containing titanium boride has a maximum current efficiency of 58%. Has stopped at. It is speculated that such a difference between zirconium boride and titanium boride occurs due to the difference in the composite structure such as the denseness due to the difference in the bonding force with the carbon material described above.

【0042】[0042]

【表1】 [Table 1]

【0043】また、硼化ジルコニウム及び硼化チタンの
両者を焙焼無煙炭に併用添加し、同様に焼成した陰極に
ついて、電流効率に与える硼化ジルコニウム及び硼化チ
タンの影響について測定した。その結果、電流効率は、
表2に示すように、硼化ジルコニウム含有量及び硼化チ
タン含有量に応じて変化することが判った。同様な傾向
は、硼化ニオブ,硼化タンタル,硼化ハフニウム等を単
独又は複合で硼化ジルコニウムと併用添加したときにも
みられた。
Further, both zirconium boride and titanium boride were added together to roasted anthracite, and the effect of zirconium boride and titanium boride on the current efficiency was measured for the similarly fired cathode. As a result, the current efficiency is
As shown in Table 2, it was found that the zirconium boride content and the titanium boride content varied. A similar tendency was observed when niobium boride, tantalum boride, hafnium boride, etc. were added alone or in combination with zirconium boride.

【0044】[0044]

【表2】 [Table 2]

【0045】表2から明らかなように、電流効率を向上
する作用は、硼化チタンに比較して硼化ジルコニウムが
格段に優れていることが判る。また、表2の結果を表1
と比較するとき、同じ硼化ジルコニウム含有量であって
も、若干の硼化チタンを含有させることによって電流効
率の向上が図られている。実施例2 :(バイポーラ電極)
As is clear from Table 2, zirconium boride is significantly superior to titanium boride in improving the current efficiency. In addition, the results of Table 2 are shown in Table 1.
Compared with the above, even if the zirconium boride content is the same, the current efficiency is improved by adding a slight amount of titanium boride. Example 2 : (bipolar electrode)

【0046】粒径0.25mm以下の石炭系ピッチコー
クスに軟化点100℃のコールタールピッチ20重量%
を加え、温度150℃で十分混練することによって基体
ペーストを調製した。基体ペースト150gを、内寸法
が縦100mm,横130mm,深さ60mmのキャビ
ティを形成した金型に平に敷き詰め、その上に実施例1
で調製した硼化ジルコニウム含有量48.9重量%のペ
ーストを表層ペーストとして敷いた。このとき、基体ペ
ースト及び表層ペーストの接触面を若干荒らすことによ
り、接触界面に中間層を形成した。
20% by weight of coal tar pitch having a softening point of 100 ° C. in coal-based pitch coke having a particle size of 0.25 mm or less
Was added and thoroughly kneaded at a temperature of 150 ° C. to prepare a base paste. 150 g of the base paste is evenly spread over a metal mold having a cavity having internal dimensions of 100 mm in length, 130 mm in width and 60 mm in depth, and Example 1 is placed thereon.
The paste having a zirconium boride content of 48.9% by weight prepared above was laid as a surface layer paste. At this time, an intermediate layer was formed at the contact interface by slightly roughening the contact surfaces of the base paste and the surface layer paste.

【0047】表層ペーストが積層された基体ペーストを
金型に入れたまま130℃に加熱し、圧力200kgf
/cm2 で型込め成形した。成形されたブロックを金型
から外した後、ブリーズに詰めて1000℃まで昇温し
て焼成した。
The base paste, on which the surface layer paste is laminated, is heated to 130 ° C. while being kept in the mold, and the pressure is 200 kgf.
/ Cm 2 was used for molding. After removing the molded block from the mold, the block was filled in a breeze, heated to 1000 ° C., and baked.

【0048】焼成されたブロックを観察すると、厚み約
3mmの硼化ジルコニウム含有層及び厚み約13mmの
カーボン層が、厚み約6mmの中間層を介して一体化さ
れた積層構造をもっていた。この焼成ブロックから、幅
50mm,長さ130mm,厚み22mmの電極を2個
切り出した。2個の電極を、図3に示した試験装置の電
解槽22にバイポーラ電極25,26として組み込み、
カーボン層及び硼化ジルコニウム含有層をそれぞれ陽極
及び陰極として10mmの間隔で対向配置した。
Observation of the fired block had a laminated structure in which a zirconium boride-containing layer having a thickness of about 3 mm and a carbon layer having a thickness of about 13 mm were integrated via an intermediate layer having a thickness of about 6 mm. Two electrodes each having a width of 50 mm, a length of 130 mm and a thickness of 22 mm were cut out from this firing block. Assembling the two electrodes into the electrolytic cell 22 of the test apparatus shown in FIG. 3 as bipolar electrodes 25 and 26,
The carbon layer and the zirconium boride-containing layer were arranged as an anode and a cathode, respectively, at an interval of 10 mm.

【0049】電解浴24として実施例1と同様のフッ化
物浴を使用し、実施例1と同じ条件下での溶融塩電解を
12時間継続した。その結果、陽極面は、電解反応で発
生した酸素により約5mm消耗していたが、消耗状況は
陽極面全域にわたってほぼ均一であった。このときの電
流効率は、約60%の極めて高い値を示した。また、電
解後のバイポーラ電極25,26の積層構造を調べたと
ころ、基体25a,26a〜中間層25b,26b〜表
層25c,26cの間に、何らの亀裂,剥離も観察され
ず、当初の緻密な構造が保たれていた。
The same fluoride bath as in Example 1 was used as the electrolytic bath 24, and molten salt electrolysis under the same conditions as in Example 1 was continued for 12 hours. As a result, the anode surface was consumed by about 5 mm due to oxygen generated by the electrolytic reaction, but the consumption condition was almost uniform over the entire area of the anode surface. The current efficiency at this time showed an extremely high value of about 60%. Further, when the laminated structure of the bipolar electrodes 25 and 26 after electrolysis was examined, no cracks or peeling were observed between the bases 25a, 26a to the intermediate layers 25b and 26b to the surface layers 25c and 26c. The structure was maintained.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、硼化ジルコニウムを配合した炭素質又は黒鉛質複合
体を溶融塩電解用の陰極ブロック又はバイポーラ電極と
して使用することにより、極めて高い電流効率で溶融塩
電解を行うことが可能となる。そのため、アルミニウム
の電解製造に要する電気エネルギーの消費量が大幅に低
減され、製造コストの低減が図られる。
As described above, in the present invention, by using a carbonaceous or graphitic composite compound containing zirconium boride as a cathode block or a bipolar electrode for molten salt electrolysis, an extremely high current can be obtained. Molten salt electrolysis can be efficiently performed. Therefore, the consumption of electric energy required for electrolytic production of aluminum is significantly reduced, and the production cost is reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 従来の塩化物系電解浴を使用した電解槽FIG. 1 Electrolytic cell using a conventional chloride-based electrolytic bath

【図2】 本発明における陰極ブロックの特性を調べた
実験用電解装置
FIG. 2 is an experimental electrolysis apparatus for examining the characteristics of the cathode block of the present invention.

【図3】 本発明におけるバイポーラ電極の特性を調べ
た実験用電解装置
FIG. 3 is an experimental electrolysis device for examining the characteristics of a bipolar electrode according to the present invention.

【符号の説明】 10 黒鉛ルツボ 11 電解浴 14 丸棒陰極
22 電解槽 25,26 バイポーラ電極 24 電解浴 25a,26a カーボン質の基体 25b,26b
中間層 25c,26c 硼化ジルコニウムを含有する表層
[Explanation of Codes] 10 Graphite crucible 11 Electrolytic bath 14 Round bar cathode 22 Electrolytic cell 25,26 Bipolar electrode 24 Electrolytic bath 25a, 26a Carbonaceous substrate 25b, 26b
Intermediate layer 25c, 26c Surface layer containing zirconium boride

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関根 功 千葉県野田市山崎2641 東京理科大学内 (72)発明者 湯浅 真 千葉県野田市山崎2641 東京理科大学内 (72)発明者 若狭 勉 静岡県庵原郡蒲原町蒲原5600番地 日本電 極株式会社蒲原工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Isao Sekine 2641 Yamazaki, Noda City, Chiba Prefecture Tokyo University of Science (72) Inventor Makoto Yuasa 2641 Yamazaki, Noda City, Chiba Prefecture Tokyo University of Science (72) Inventor Tsutomu Wakasa Shizuoka Prefecture 5600 Kambara, Kambara-cho, Anbara-gun NIPPON DENKO CO., LTD.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 硼化ジルコニウム40〜70重量%を含
有する炭素質又は黒鉛質複合材からなるアルミニウム電
解用電極。
1. An electrode for aluminum electrolysis comprising a carbonaceous or graphitic composite material containing 40 to 70% by weight of zirconium boride.
【請求項2】 硼化ジルコニウムに加え、チタン,ニオ
ブ,タンタル及びハフニウムの硼化物を1種又は2種以
上含有し、全硼化物の含有量が40〜70重量%である
炭素質又は黒鉛質複合材からなるアルミニウム電解用電
極。
2. A carbonaceous or graphite material containing, in addition to zirconium boride, one or more boride compounds of titanium, niobium, tantalum and hafnium, the total boride content being 40 to 70% by weight. Aluminum electrolysis electrode made of composite material.
【請求項3】 炭素質又は黒鉛質の基体に、請求項1又
は2記載の炭素質又は黒鉛質複合材からなる表層が形成
されていることを特徴とするアルミニウム電解用バイポ
ーラ電極。
3. A bipolar electrode for aluminum electrolysis, wherein a surface layer made of the carbonaceous or graphitic composite material according to claim 1 is formed on a carbonaceous or graphitic substrate.
【請求項4】 請求項3記載の基体と表層との間に、表
層から基体に向けて硼化物含有量が低下する中間層が形
成されていることを特徴とするアルミニウム電解用バイ
ポーラ電極。
4. A bipolar electrode for aluminum electrolysis, wherein an intermediate layer having a boride content decreasing from the surface layer toward the substrate is formed between the substrate and the surface layer according to claim 3.
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