Катод для электролитического рафинирования алюминия по трехслойному методу и способ подготовки катода

 

Использование: подготовка и конструкция катода для рафинирования алюминия. Сущность: катод заключают в газонепроницаемую оболочку, предпочтительно из керамики , с содержанием оксида алюминия не менее 99,7%. При подготовке катода его нагревают сначала в течение 6-10 ч над расплавом , а затем погружают катод в верхний слой рафинированного алюминия в два этапа: погружают нижнюю торцовуя поверхность углеграфитового стержня и выдерживают 6-10 ч, а потом погружают оболочку стержня. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ Е СКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 25 С 3/12

К ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4614977/02 (22) 12.09.89 (31) Р 38 38 828.6 (32) 17.11,88 (33) 0Е (46) 30.09.92. Бюл. ¹ 36 (71) Фейранигте Алюминиум-Верке АГ (72) Райнер Зудхельтер и Ульрих Хампель (56) Беляев А.И. и др, Получение чистого алюминия. М„Мет., 1967, с. 72 — 74. (54) КАТОД ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО

РАФИНИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЯ ПО ТРЕХСЛОЙНОМУ МЕТОДУ И СПОСОБ ПОДГОТОВКИ КАТОДА

Изобретение относится к конструкции угольного электрода для электролитической очистки алюминия в расплаве, который окружен прочным газонепроницаемым и температуростойким защитным колпаком.

При электролитической очистке алюминия в расплаве, например, при трехслойном электролизе, в качестве катодов обычно используются угольные электроды. Эти электроды опускают непосредственно в расплав катодного металла. За счет высокой температуры электродов и свободного доступа кислорода воздуха углерод очень сильно выгорает непосредственно над зеркалом расплава, Сечение электрода при этом может так сильно уменьшиться, что нижняя часть электрода обломается. Это ведет к значительному расходу углерода — порядка 8% от полученного количества металла. Чтобы снизить это высокое потребление углерода, необходимо предотвратить доступ кислорода из воздуха, Для этого ранее предлагалось несколько способов.

„„ 4.) „„1766266 А3 (57) Использование: подготовка и конструкция катода для рафинирования алюминия.

Сущность: катод заключают в газонепроницаемую оболочку, предпочтительно из керамики, с содержанием оксида алюминия не менее 99,7%. При подготовке катода его нагревают сначала в течение 6 — 10 ч над расплавом, а затем погружают катод в верхний слой рафинированного алюминия в два этапа: погружают нижнюю торцовуя поверхность углеграфитового стержня и выдерживают 6 — 10 ч, а потом погружают оболочку стержня. 2 с, и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

За счет пропитки угольных электродов, например, бурой или фосфатами, расход углерода можно снизить примерно до 4%, При этом, однако, катодный материал загрязняется пропитывающим средством.

Покрытие или заливка угольных электродов уже очищенным алюминием не дает достаточной защиты от кислорода. Алюминий при рабочей температуре поверхности электрода может расплавиться и стечь, так что углерод обгорает под защитным слоем.

Была предложена еще одна возможность защиты — покрывать угольные электроды керамическим слоем толщиной несколько миллиметров, например, посредством плазменного нанесения. Различный температурный коэффициент расширения угля и керамики под тепловой нагрузкой приводит к разрушению керамического слоя, Поэтому задачей данного изобретения является эффективная и устойчивая защита угольныx электродов против доступа кислорода, так что расход углерода на обгорание

1766266

10 снижался бы до величины порядка 1%, При этом не должны вноситься загрязнения в катодный металл, Известен катод для электролитического рафинирования алюминия, содержащий углеграфитовый стержень в газонепроницаемой оболочке и способ подготовки катода погружением в расплав алюминия (Беляев

А.И. и др. Получение чистого алюминия. М„

Мет„1967, с, 72-74) 1/, Недостатком/1!является невысокий срок службы катода.

Цель изобретения — повышение срока службы катода, Основная мысль изобретения заключается в том, чтобы окружить угольный электрод свободнонесущим защитным колпаком из возможно более газонепроницаемого и температуростойкого материала. При этом под "свободнонесущим" понимается такой защитный колокол -или колпак, который удерживается на расстоянии от электрода, при необходимости с помощью опорного приспособления. Электрод и защитный колпак вместе погружены в катодный металл, так что электрод полностью изолирован от окружающего врздуха, Защитный колпак должен быть выполнен свободнонесущим и не должен плотно прилегать к электроду, так как защитный колпак в противном случае будет разрушен за счет различного температурного расширения угля и керамики. Расстояние между внешней поверхностью электрода и внутренней поверхностью защитного колпака должно составлять, по меньшей мере, 1 мм, Ниже этой величины имеется опасность, что за счет капиллярного эффекта металлический расплав поднимается в зазоре и застынет в более холодных частях. Это может привести к разрушению защитного колпака или снизить возможность повторного использования колпака, В качестве подходящего материала для защитного колпака показала себя керамика на основе А!20з с содержанием АЬОз, равным или более 99,7% по весу и полой пористостью, равной или менее 5%. Этот материал достаточно плотен, чтобы предотвратить доступ кислорода воздуха. Высокая чистота обеспечивает отсутствие загрязнения катодного металла. Для хорошей прочности при монтаже и обращения с ним колпак должен выполняться с толщиной стенки 5 мм не менее.

Защитный колпак должен, несмотря на сравнительно высокую устойчивость к температурному удару, перед погружением в расплав предварительно нагреваться, чтобы избежать повреждений. Угольный электрод по изобретению в предпочтительной

55 форме исполнения позволяет экономичный предварительный подогрев производить непосредственно в электролизной печи, В этом случае защитный колпак окружает не всю поверхность угольного электрода, а заканчивается на определнном расстоянии от погруженной в расплав стороны электрода.

Это расстояние составляет, по меньшей мере, 10 мм. Весь электрод вводится в электрлизную печь и сначала предварительно нагревается над расплавом в течение 6 — 10 ч. После этого нижнюю часть электрода опускают в расплав, причем сам защитный колпак еще не имеет прямого контакта с расплавом. В этом положении электрод предварительно подогревают 6-10 ч. В заключение электрод опускают настолько, что и защитныи колпак опускается в расплав.

Максимальное расстояние между нижним краем электрода и нижним краем колпака ограничивается толщиной слоя жидкого катодного металла. Расстояние не должно существенно превышать величины 30 мм.

Угольный электрод по изобретению предпочтительно выполняется цилиндрической формы, Он с выгодой может быть использован в качестве катода при электролитической очистке металлов в расплэве. При этом особенно электрод пригоден для использования в TpBxcJloAHQM электролизе для очистки алюминия. B этом случае расход углерода может быть снижен примерно до 1% по весу от полученного металла, Дальнейшие преимущества изобретения — большой срок службы и возможность повторного использования защитного колпака, а также избегается загрязнение катодного металла, Один пример исполнения будет ниже разъяснен подробнее с использованием чертежа.

На чертеже показан готовый к установке смонтированный угольный электрод с керамическим защитным колпаком. Угольный электрод 1 выполнен цилиндрическим, Со стороны токоподвода в электрод 1 запрессован медный ниппель 7 с использованием графитовой заполнительной массы 8. Защитный колпак 2 состоит из керамики на основе А!20з с содержанием АЬОз, равным или более 99,7% по весу, и полной пористости менее или равной 5%. Он выполнен трубчатым и соосным и расположен соосно вокруг угольного электрода 1. Защитный колпак 2 на одном конце имеет радиально выступающий внутрь окружный воротничок

9, Крепление защитного колпака 2 производится посредством свинчивания воротничка

9 и медного ниппеля 7 посредством гайки

10. Свинчивание производится с помощью

1766266 нажимных шайб 11, 12 с температуростойкими уплотнениями в виде колец 13, 14, 15, и уплотнительных масс 16. Расстояние между поверхностью электрода 3 и внутренней поверхностью 4 защитного колпака 2 составляет 1 — 5 мм. На стороне, погруженной в расплав, угольный электрод 1 выступает из защитного колпака 2. Расстояние между нижним краем электрода 5 и нижним краем

6 защитного колпака составляет 30 мм.

Формула изобретения

1, Катод для электролитического рафинирования алюминия по трехслойному методу, содержащий углеграфитовый стержень, заключенный в оболочку толщиной не менее 5 мм, выполненную из газонепроницаемого материала пористостью не более 5%, отличающийся тем, что, с целью повышения срока службы, оболочка выполнена из термостойкого материала и расстояние между наружной поверхностью углеграфитового стержня и внутренней поверхностью оболочки составляет не менее 1 мм, 2. Катод по и. 1, отличающийся тем, что в качестве термостойкого материала оболочки содержит керамику с содержанием оксида алюминия не менее 99,7 .

3. Катод по и. 2, отличающийся тем, что расстояние между наружной повер5 хностью углеграфитового стержня и внутренней поверхностью оболочки составляет

1 — 5мм, 4. Катод по и. 3, отличающийся тем, что углеграфитовый стержень и оболоч10 ка выполнены цилиндрической формы.

5. Катод по и. 4, отличающийся тем, что расстояние между нижними торцовыми поверхностями углеграфитового стержня и оболочки составляет не менее 10

15 мм.

6. Способ подготовки катода для электролитического рафинирования алюминия по трехслойному методу, включающий нагрев катода погружением в расплав слоя

20 алюминия, отличающийся тем, что предварительно осуществляют нагрев катода над расплавом в течение 6-10 ч, а погружение катода в расплав проводят в два этапа: сначала нижней торцовой поверхности угле25 графитового стержня в течение 6 — 10 ч, а затем — до гюгружекия оболочки стержня.