188703. lajstromszámú szabadalom • Elektród olvadt-só elektrolízishez
1 188 703 2 A találmány tárgya elektród olvadt-só elektrolízishez, előnyösen olyan fémek, mint alumínium, magnézium nátrium, lítium vagy ezek vegyüleíeinek elektrolízis útján történő előállítására. Jelenleg alumínium, magnézium, alkáli fémek és ezek vegyületeinek elektrolízis útján történő előállításakor túlnyomóan szén alapanyagú elektródot alkalmaznak, például klinker-szenet vagy grafitot. Az elektródoknak a szerepe az elektrolízis során elsősorban az áramvezetés, azonban gyakori jelenség az is, hogy maga az elektród is részt vesz az elektrolízisben. Azonban az elméletileg előre kiszámított érték, az elektródnak az elektrolízis során történő elfogyására, nem egyezik meg a gyakorlati tapasztalatokkal. Ez a jelenség a szén elektródoknak az elektrolízis során végbemenő oxidációjára vezethető vissza. Az elméletileg számított érték alumíniumnak olvadt-só elektrolízis során történő előállítására 334 kg szén/1 t alumínium, míg a ténylegesen mért érték 450 kg szén 1 tonna alumínium esetében. Hasonló a probléma'a magnézium, lítium és cérium ötvözetek előállításánál is, az elektródokra vonatkozóan. Az elektródnak a sóolvadékba merülő részén mellékreakcióként fellépő oxidáció, valamint a levegő oxigénjének a hatására bekövetkező oeégés, az elektródnak az olvadékból kinyúló részén, az elektródnak idő előtti és egyenetlen kopásához vezet. Ehhez járul még az elektrolízis során keletkező anyagoknak és a grafit ötvözeteknek a romboló hatása. Történtek kísérletek arra, hogy a szén-elektródot impregnálás, majd azt követő termokémiai kezelés során szén-szilíciumkarbid-összetélelü anyaggá alakítják át, amely esetleg egy megfelelő elektród anyagot képezne. A gyakorlatban azonban ezek a kísérletek nem jártak megfelelő eredménnyel. A fent említett hátrányok, valamint a szén elektródoknak világviszonylatban is növekvő ára, ami a grafit és a klinker-szén növekvő árában is jelent- Kezik, arra ösztökélte a felhasználókat, hogy alaktartó (nem fogyó) elektródokat fejlesszenek ki. Ezáltal azt kívánják elérni, hogy petrokémiai alapanyagként használt olajkokszot, amelyből évente az NSZK-ban csak olvadt-só elektrolízishez kb. oOO 000 tonna fogy el, valamilyen más anyaggal esetleg pótolják, valamint az energiafogyasztást is csökkentsék. Ebből a célból egy sor különféle kerámia alapanyagú elektródot fejlesztettek ki. Ilyet ismertet például a GB 1 152 124 számú szabadalmi leírás, amely stabilizált cirkoniumoxid, az US 4 057 480 számú szabadalmi leírás, amely lényegében cinkoxid, a DE 27 57 898 számú közrebocsátási irat, amely lényegében szilíciumkarbid-szelepfémboridszén elektródot ismertet, valamint a 77/1931 délamerikai szabadalmi bejelentés, amely itlriumoxid elektrokataiizátoros bevonattal vagy a DE 24 46 314 számú közrebocsátási irat, amelyben spinellbevonatta! ismertetnek kerámia alapanyagú elektródot. A kerámia alapanyagú elektródoknak hátránya, hogy még ha vezetőképesség növelő komponenseket adagolunk is hozzá, végül mégis csak egy közepes villamos vezetőképesség érhető el velük. Ezért elsősorban azoknál a folyamatoknál alkalmazhatók, ahol az áramút rövid, azaz az elektród méretei 5 kicsik. Ez elsősorban vizes közegben végbemenő elektrolízis esetében áll fenn, míg olvadt-só elektrolízis-, nél, például alumínium gyártásnál is az elektródok mérete lényegesen nagyobb, egészen 10 2250x950x750 mm-es értéket is elérhet, míg a magnézium gyártásánál alkalmazott grafit elektródok mérete 1700x200x100 mm, illetőleg ó 400 x 2200 mm. Ilyen méretű elektródok előállítása a fent említett kerámiaanyagokból rendkívül drága 15 és további nehézségeket jelent, hogy hőmérsékletváltozással szemben nem megfelelőek a tulajdonságai, továbbá nem megfelelő a belső ellenállása sem. Az utóbbi időben előtérbe került az a kérdés is, hogy a fajlagos energiafogyasztás kicsi legyen. Az 20 előbbieken kívül ez is oka volt, hogy a kerámia elektródok a gyakorlatban nem terjedtek el. A találmány által kitűzött feladat egyértelműbbé tétele érdekében az alábbiakban röviden összehasonlítjuk azokat az üzemi körülményeket és paraö métereket, amelyeket az elektród tervezésénél az acélgyártás, illetőleg az olvadt só elektrolízisnél figyelembe kell venni. Az ívkemencében alkalmazott elektródok lénye- 3Q gében a kemence gátatmoszférájában vannak, amely alapvetően más közeg, mint az olvadt só, ahol az elektródok aktív része belemerül az olvadékba, ami egy sokkal agresszívebb közeg, tehát az elektród aktív részének a nem-fogyó részhez való 35 csatlakoztatása egészen más feladatot jelent. Acélgyártásnál az elektródokra váltakozó feszültség van kapcsolva és villamos ív keletkezik az elektród és az olvadt vas vagy vasoxid között. Mivel váltakozó áramú táplálásról van szó, a keletke- 40 zó mágneses térerő komoly rezgéseknek teszi ki az elektródokat, tehát ezeket az elektródokat igen nagy mechanikai szilárdságúra kell méretezni, viszont nincs olyan nagy jelentősége a hozzávetések igen kicsi átmeneti ellenállásának. Fennáll azonban 45 az oldalak mentén történő ívképződés veszélye. Olvadt só elektrolízisnél általában egyenáramot használnak, méghozzá lényegesen kisebb egyenáramot, így vibráció és hasonló mechanikai igénybevétel veszélye nem áll fenn, ugyanúgy nem képződnek 50 oldalirányú ívek sem. Acélgyártásnál a működési hőmérséklet 1700 °C tartományban van, míg az olvadt só elektrolízisnél ez a hőmérséklet kisebb. Ami azonban az olvadt só elektrolízisénél alkalmazott elektródok kialakításánál rendkívül nagy kö- 55 l ültekintést igényel, az az, hogy maga az elektród egy sokkal agresszívebb közeg hatásának van kitéve különösen ott, ahol az elektródnál találkozik az olvadék és a gázatmoszféra. Gyakorlatilag tehát 60 azonkívül, hogy elektródokról van szó, alapvetően Ítérő szempontok alapján kell az elektródokat a két területen kiképezni. A találmány feladata olyan új típusú elektród létrehozása olvadt-só elektrolízishez, amellyel a 05 fent említett hátrányok kiküszöbölhetők. Találmá-2
