175438. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés kriolitolvadékokban oldott alumíniumoxid koncentrációjának mérésére
3 175438 4 folyamatok zajlanak le, és a mérést számos tényező zavaija, a gyakorlatban ilyen megoldást egészen a legutóbbi időkig nem sikerült kidolgozni. A timföldkoneentráció műszeres mérésére hosszú ideig csupán elvek voltak ismeretesek, amelyeket azonban üzemi körülmények közé nem sikerült átültetni. Tudomásunk szerint az első olyan megoldást, amely timföld koncentrációjának üzemi körülmények között végzett mérésére vonatkozik, norvég kutatók dolgozták ki (Jomar Thonstad: Semicontinuous Determination of the Concentration of Alumina in the Electrolyte of Aluminium Cells - METALLURGICAL TRANSACTIONS B, Volume 8B, March 1977 p. 125-130), Ennek az üzemi alumíniumelektrolizáló kádak timföldtartalmának meghatározására szolgáló eljárásnak alapelve a követ-, kező. Áraim m pulzust - állandó áramerősséget - adnak egy grafitanódra és mérik a feszültség változását az idő függvényében. Az áramerősség bekapcsolásakor megindul az elektrolízis, mely azt jelenti, hogy állandó sebességgel csökken a oxidtartalmú ionok koncentrációja. Adott időpillanatban a grafit-elektród felületén a reakcióban résztvevő komponens koncentrációja 0-ra csökken. Ebben az esetben a lassú potenciál növekedést egy gyors potenciálváltozás követ. Azt az időtartalmat, míg az elektród felületén a reakcióban résztvevő komponens koncentrációja 0-ra csökken, átmeneti időnek nevezik. Ezen átmeneti idő négyzetgyöke arányos a timföldkoncentrációval. A mérés csak akkor valósítható meg (átmeneti időszakaszok jelentkezése), ha az elektród felületére az oxidtartalmú ionok csak a diffúzió révén kerülhetnek. Az elektródpárt ezért külső védőköpennyel kell körülvenni, hogy az elektródák környezetében megakadályozz; k jelentős konvektiv áramlás káros hatását a folyamatra. Ez egyúttal azt jelenti, hogy a mérőberendezés viszonylag bonyolulttá válik. Nehezíti a mérést az is, hogy az átmeneti időket oszcilloszkópról kell leolvasni, így a pontos meghatározás neitézkes, minthogy a jel csak rövid ideig látható. A jelen találmánnyal olyan eljárás és berendezés kialakítása a célunk, amellyel az ismertetett hátrányok kiküszöbölhetők és amely gyors lehetőséget biztosít a timföldkoncentrációnak elektrolizáló kádakban történő meghatározására. Az eljárás foganatosítására olyan egyszerű kivitelű berendezést kívántunk létrehozni, amely biztonságos és reprodukálható méréseket tesz lehetővé, felépítése és kezelése pedig egyszerű. A kitűzött feladatot a találmány szerint úgy oldottuk meg, hogy az elektrolizáló kádak timföldtartalmát az elektrolitba helyezett elektródák segítségével, az. anód és a katód között mért maximális anódos áramsűrűség alapján határozzuk meg oly módon, hogy az elektródokra egyenáramot kapcsolunk és a feszültséget az idő függvényében egyenletesen változtatjuk 0,1 volt/sec. sebességgel, amíg az áramerősség a maximális érték elérése után 0 értéket éréi. Az Imax maximális értéket regisztráljuk, és a timföldtartalmat az A1203 = 0,4 0,5 (súly%) összefüggésből számítjuk ki. A találmány szerint a mérést akkor kezdjük meg, amikor az elektródák hőmérséklete elérte az elektrolit hőmérsékletét, ehhez az elektródákat célszerűen előmelegítjük. Az elektrolitba helyezett elektródák merülési mélysége előnyösen 5 cm. Találmányunk alapja az a felismerés, hogy az elektródák között létrejövő maximális anódos áramsűrűség és a timföldtartalom között lineáris összefüggés van, amelynek alapján olyan diagramm készíthető, amelyből leolvasható egy adott árammaximumhoz tartozó timföldkoncentráció értéke. A mérés során, amikor az anód és a katód között a feszültséget az idő függvényében folyamatosan változtatjuk, az áram is fokozatosan növekszik, majd az anód felületének passziválódása következtében ismét csökkenni kezd. Az így létrejövő áram-maxímum és a timföldkoncentráció közötti összefüggést használjuk fel a timföldtartalom mérésére. Az eljárás foganatosítására alkalmazott berendezés mérőelektródákat, árammérő és tároló egységet, hőmérsékletmérő egységgel összekapcsolt kompenzáló egységet, programozható feszültségstabilizátort és lineáris programozó egységet tartalmaz. A berendezésben az elektródák úgy vannak kialakítva, hogy a grafit anódot és a hozzá csatlakozó vezetéket, valamint a szigetelő kerámiaréteget körülvevő burkoló fémcsőt katódként használjuk. A találmány szerint az alumíniumelektrolizáló kádak timföldtartalma a mérés alapján közvetlenül meghatározható. A műszer közvetlenül az elektrolit alumíniumoxid tartalmára kalibrálható, tehát a kijelzésről közvetlenül a mért érték olvasható le. A maximális érték elérésekor a tároló egység néhány percig kijelzi a maximális áramértékhez tartozó alumíniumoxid tartalmat, tehát az biztonságosan leolvasható. A mérőberendezés kialakítása egyszerű és az üzemben kényelmesen használható. A találmány további részleteit kiviteli pé dákon, rajz segítségével ismertetjük. A rajzon az 1. ábra a találmány szerinti berendezés mérőelektródáinak kialakítása, a. 2. ábra az egész berendezés vázlata és a 3. ábra az anódos áramsűrűség és a timföldtartalom közötti összefüggést bemutató diagram. Az 1. ábrán látható a találmány szerinti berendezés mérőelektróda-rendszere. Az anód 1 grafitelektródakér.t van kialakítva és 2 bórnitrid csővel van körülvéve. A 2 bórnitrid cső védi az 1 grafitelektródát az elektrolit agresszív hatásától. Az 1 grafitelektródának az elektrolittel érintkező szabad felülete 0,3 cm3 nagyságú. Az 1 grafitelektródát szoros illesztéssel kell a 2 bórnitrid csőbe helyezni, hogy az elektrolit ne férhessen a grafitrúd palástjához. A 2 bórnitrid cső külső palástja menetesen csatlakozik 3 öntöttvas könyökdarabhoz, a menetek közötti réseket pedig vízüveges bórnitriddel töltöttük ki. Az 1 grafitelektródához csatlakozó 4 vezetéket 5 kerámiaszigetelés veszi körül, Az 5 kerámiaszigetelés olyan 6 burkoló fémcső borítja, amely menetesen csatlakozik a 3 öntöttvas könyökdarabhoz. ' ' A mérés során katódként a 6 burkoló fémcsövet, ill. a 3 öntöttvas könyökdarabot használjuk fel. Az elektródarendszert - mint korábban einlí-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
