Катод для электролитического рафинирования алюминия по трехслойному методу и способ подготовки катода Советский патент 1992 года по МПК C25C3/12 

Изобретение относится к конструкции угольного электрода для электролитической очистки алюминия в расплаве, который окружен прочным газонепроницаемым и тем- пературостойким 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.

За счет пропитки угольных электродов, например, бурой или фосфатами, расход углерода можноснизить примернодо4%, 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 угольных электродов против доступа кислорода, так что расход углерода на обгорание

Ё

sj

о о

1Ю

о о

IGO

снижался бы до величины порядка 1 %. При этом не должны вноситься загрязнения в катодный металл,

Известен катод для электролитического рафинирования алюминия, содержащий уг- леграфитовый 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}у 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 с содержанием , 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

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 электр0 лизную 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

5 расплавом. В этом положении электрод предварительно подогревают 6-10 ч. В заключение электрод опускают настолько, что и защитный колпак опускается в расплав. , Максимальное расстояние между нижним

0 краем электрода и нижним краем колпака ограничивается толщиной слоя жидкого катодного металла. Расстояние не должно существенно превышать величины 30 мм. Угольный электрод по изобретению

5 предпочтительно выполняется цилиндрической формы. Он с выгодой может быть использован в качестве катода при электролитической очистке металлов в расплаве. При этом особенно электрод приго0 ден для использования в трехслойном электролизе для очистки алюминия. В этом случае расход углерода может быть снижен примерно до 1 % по весу от полученного металла. Дальнейшие преимущества изо5 бретения - большой срок службы и возмож- ност ь повторного использования защитного колпака, а также избегается загрязнение катодного металла,

Один пример исполнения будет ниже

0 разъяснен подробнее с использованием чертежа.

На чертеже показан готовый к установке смонтированный угольный электрод с керамическим защитным колпаком. Угольный

5 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

0 основе с содержанием А1аОз, 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

5 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

нажимных шайб 11, 12 с температуростой- кими уплотнениями в виде колец 13, 14, 15, и уплотнительных масс 16. Расстояние между поверхностью электрода 3 и внутренней поверхностью 4 защитного колпака 2 со- ставляет 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 толщи- ной 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 п. 1,отличающийся тем, что в качестве термостойкого материала оболочки содержит керамику с содержанием оксида алюминия не менее 99,7%.

3.Катод по п. 2, отличающийся тем, что расстояние между наружной поверхностью углеграфитового стержня и внутренней поверхностью оболочки составляет 1-5 мм.

4.Катод по п. 3, отличающийся тем, что углеграфитовый стержень и оболочка выполнены цилиндрической формы.

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

6.Способ подготовки катода для электролитического рафинирования алюминия по трехслойному методу, включающий нагрев катода погружением в расплав слоя алюминия, отличающийся тем, что предварительно осуществляют нагрев катода над расплавом в течение 6-10 ч, а погружение катода Б расплав проводят в два этапа: сначала нижней торцовой поверхности углеграфитового стержня в течение 6-10 ч, а затем - до погружения оболочки стержня.

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.

13