Анод для электролитическогопОлучЕНия АлюМиНия Советский патент 1981 года по МПК C25C3/06 

1

Изобретение относится к металлургии цветных металлов, в частности к электролитическому получению алюминия с нерасходуемым, неугольным анодом.

Известен анод для электролиза расплава, выполненный с рабочими поверхностями из оксидно-керамического материала {.

Известный анод выполнен пористым, при этом используется только естественная пористость вещества. При электролитическом получении алюминия на рабочих поверхностях нерасходуемого анода выделяется кислород, являющийся защитным газом для анода. Выделение газа происходит неравномерно - на нижней стороне анода газа выделяется больше необходимого для защиты анода, на других частях из-за незначительной плотности тока выделяется мало кислорода. Поэтому в местах с незначительной плотностью тока повышается коррозия анода.

Цель изобретения-предотвращение коррозии анода.

Поставленная цель достигается тем, что в аноде для электролитического получения алюминия, выполненном с рабочими поверхностями из оксидно-керамического материала, различные части анодной поверхности соединены системой пор и/или каналов для передачи анодного газа от одной части анодной поверхности к другой.

Для поверхности анода, который находится в контакте с корродирующим расплавом, могут быть применены в качестве основного материала окислы, например окись олова, окись железа, окись хрома, окись кобальта, окись никеля или OKiCb цинка.

Однако эти окислы в большинстве случаев в отсутствие добавок не подвергаются плотпому спеканию и, кроме того, при температуре 1000°С обладают относительно высоким удельным сопротивлением. По этой причине необходимо ироизводить добавление по крайней мере одного из других окислов металлов, которые берут в концентрации от 0,01 до 20 вес. %, преимущественно 0,05 до 2 вес. %, для того, чтобы улучшить свойства чистого окисла.

Для повышения способности к спеканию, плотности и электропроводности оказалось целесообразным производить добавление окислов следующих металлов, которые можно применять в отдельности или Б комбинации друг с другом: Мп, Fe, Sb, Си, Nb, Zn, Сг, Со, N, Cd, Zr, Та, In, Ni. Ca, Ba, Bi.

При изготовлении окисно-керамических тел подобного тнпа работу можно производить способами, известными из керамической технологии.

В случае использования ири электролизе алюминия керамические аноды должны находиться в контакте с расплавом. Разрядка О -ионов происходит на граничной поверхности между расплавом и окисной керамикой. Образующийся кислород удаляется через расплав.

Опытным путем было установлено, что в том случае, когда керамический анод, например из окиси олова, погружают без токовой нагрузки в расплавленный криолит, происходит быстрый смыв окиси олова. Поскольку окись олова устойчива против чистого криолита, то, очевидно, происходит реакция с алюминием, суспендированным или растворенным в криолите.

При применении электролитов, которые состоят из иных соединений (кроме криолита), но также содержат алюминий, имеют место те же явления.

Если поверхность анода, находящуюся в контакте с расплавленным электролитом, нагрузить током, то сильно уменьшается коррозия и практически понижается до нуля в том случае, когда плотность тока везде превышает известное минимальное значение. Минимальная плотность тока должна составлять 0,001 А/см. Однако наиболее предпочтительно, когда плотность составляет минимум 0,01 А/см, в особенности минимум 0,025 А/см2.

Но на практике показано, что при некоторых обстоятельствах молсет оказаться затруднительным на всей находящейся в контакте с электролитом поверхности анода создать равномерную плотность тока, поскольку это распределение тока зависит не только от электропроводности керамики и расплава, но и от геометрической формы электролизера, локальных соотношений потоков, температуры ванны и других факторов. Плотность тока на погруженной поверхности анода может не только становиться неравномерной, но она может превышать на отдельных участках минимальное значение, следствием чего является коррозия анода на этих участках.

Предотвращение коррозии участков анода может быть достигнуто подачей защитного газа извне ко всей рабочей поверхности анода или путем перераспределения и подачи анодного газа (кислорода) от одних участков поверхности к другим.

На чертеже изображен полностью погруженный анод, защита обесточенных участков которого достигается путем обвода анодного газа.

Этот анод выпо.чнен таким образом, что образующийся анодный газ может проходить по порам или каналам в теле анода от участков с достаточной плотностью тока к тем участкам, на которых плотность тока

меньше минимального значения. При этом подъемная сила определяется давлением жидкости, зависящим от глубины погружения. Погруженное в расплав 1 устройство 2 для подвода тока покрывают защитным

слоем 3, который состоит из обладающего плохой электропроводностью и устойчивого против воздействия расплава материала, например нитрида бора, сплавленной электрическим способом окиси алюминия или

окиси магния. Проникновение электролита в поры 4 окисно-керамической части 5 предотвращается при достаточно малом диаметре благодаря высокому поверхностному натяжению и плохому смачиванию расплава. Однако, если поры имеют большой диаметр или если имеются каналы, то может происходить проникновение расплава. Тогда по крайней мере проходы 6 через распределитель тока 7 должны быть обшиты

материалом, обладающим плохой электропроводностью, устойчивым к действию криолита слоем, который может состоять из того же самого материала, что и защитный слой 3.

В соответствии с непредставленным на чертеже вариантом поверхность основания анода имеет желоба, проходящие от центра к периферии. Этим достигается то, что подводимый к аноду газ равномерно распределяется по боковым поверхностям анода и улетучивается, образуя защитную пленку.

Формула изобретения

Анод для электролитического получения алюминия, выполненный с рабочими поверхностями из оксидно-керамического материала, отличающийся тем, что, с целью предотвращения коррозии анода, различные части анодной поверхности соединены системой пор и/или каналов для передачи анодного газа от одной части анодной поверхности к другой.

Нсточники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 3696008, кл. 204-67, опубл. 1972.