191839. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és készülék alumínium-oxid tartalmú kriolitolvadékok oldott alumínium oxid tartalmának üzem közbeni folyamatos mérésére
3 191839 4 A találmány tárgya eljárás és készülék aluminium-oxid tartalmú kriolitolvadékok oldott aluminium-oxid tartalmának üzem közbeni folyamatos mérésére, amely révén egy szilárd elektrolitos koncentrációs galváncella elektromotoros erejét és a kriolitolvadék hőmérsékletét hosszabb időn, legalább 1/2 órán keresztül folyamatosan mérjük és a mérések eredményeiből határozzuk meg a kriolitolvadék AI2O3 tartalmát. Az alumíniumkohászatban, az alumíniumelektrolízisnél az elektrolit olvadáspontjának csökkentésére kriolítos olvadékot alkalmaznak. Az elektrolízis közbeni technológiai folyamatok anyag- és energiamérlegét akkor lehet optimálisra beállítani, ha az olvadékban az oldott AbOa tartalom mindig egy meghatározott értékű. Az AI2O3 tartalom meghatározott, kellő értéken tartásához természetesen szükség van arra, hogy állandóan ismerjük az A1z03 tartalom pillanatnyi értékeit is. Ha a mindenkori, pillanatnyi értékek rendelkezésre állnak, akkor már könny^ meg lehet határozni azt a timföldmennyiséget, amelyet a kívánt AI2O3 koncentráció eléréséhez az adott időben az olvadékhoz kell adagolni. Mindennek végrehajtásához a legnagyobb problémát a kriolitos olvadékban levő AI2O3 tartalom állandó ismerete, állandó - folyamatos - mérése okozza. A mindenkori AI2O3 koncentráció ismerete lehetővé tenné az anódeffektus előrejelzését és ezen keresztül a kádkezelések tervszerűbbé tételét is, ami energiagazdálkodási szempontból jelentős volna. Ezenkívül a bontási feszültség, a túlfeszültség, a kritikus áramsürűség, az elektrolit elektromos vezetése, az áramhatásfok és más tényezők is az olvadék AI2O3 tartalmától függnek. Az AI2O3 mérésére ismertek a klasszikus analitikád eljárások, a mikroszkópos és röntgendiffrakciós módszerek. Ezeknek hibája, hogy a méréseket csak mintavétellel, szakaszosan lehet végezni, maguk az elemzések pedig hosszú időt igénylő műveletek. így ezek a mérési eljárások az alumíniumkohászatban - ahol az AlzOa tartalom aránylag gyorsan változhat - nem tekinthetők megfelelőnek. Az AI2O3 tartalmat mérték mér elektrokémiai módszerrel is. Egy ilyen eljárást ismertet például a 175 438 számú magyar szabadalmi leirás. Ennél az eljárásnál ismert felületű grafitelektródok között fokozatosan növelik az elektrolizáló feszültséget és ezzel együtt az áramsűrűséget. A föllépő határáram értékéből következtetnek a kriolitolvadék AI2O3 koncentrációja. Ez az eljárás is csak szakaszos mérést tesz lehetővé és a kapott mérési adatok itt is csak a mérési időpont körüli rövid időtartamra mutatják a kriolitolvadék AI2O3 tartalmát. Ennek az eljárásnak további hátránya, hogy az eljárás foganatosításához alkalmazott készülék működtetéséhez külön polarizáló egység is szükséges és minden mérés során polarizáló programot kell végigfuttatni. Oxigénion vezető szilárd elektrolitos oxigénkoncentrációs galvánelemek segítségével mérik különböző olvadékok oxigén tartalmát a 2 350 485 számú német szövetségi köztársaségbeli közrebocsátási iratban, valamint az 1 798 248 számú az 1 798 307 számú német szövetségi köztársaságbeli közzétételi iratokban ismertetett készülékekkel. Ezek az eszközök cirkonoxid csőben elhelyezett, adott oxigénpotenciálú anyagokat, például fém és fémoxid keverékeket, gázokat, például levegőt stb. tartalmaznak összehasonlító elektródaként. A mérőelektróda általában a cirkonoxid cső külsejére erősített, vagy emellett elhelyezett áramvezető, amely az elektronok átlépését lehetővé tevő bevonattal van ellátva. Az ilyen készülékek ugyan folyamatos mérést tesznek lehetővé és viszonylag egyszerűek, hátrányuk azonban, hogy az összehasonlító elektróda állandó oxigénpotenciélját aránylag nehéz kedvező értéken tartani. Gázok alkalmazása esetén az állandó oxigénpotenciál biztosítása, egyéb referencia anyagoknál a kedvező értéket biztosító anyagok kiválasztása és az elektróda összeállítása jelent problémát. Ugyancsak nehézséget okoz a megfelelő mérőelektróda anyag, illetve bevonat biztosítása, különösen magas hőmérsékletű olvadékokban történő mérés esetén. Kriolitolvadékban történő mérésnél például az elektróda áramvezetójét aluminium réteggel kell bevonni, ez viszont egyrészt a fürdő magas hőmérséklete következtében igen gyorsan károsodik, másrészt több határfelület alakul ki, amelyek a mérés pontosságát károsan befolyásolják. A találmány feladata aluminium-oxid tartalmú kriolitolvadékok oldott aluminium-oxid tartalmának meghatározására olyan eljárás létrehozása, amely révén az AbOa tartalom aluminiumelektrolízis közben állandóan, folyamatsán mérhető és ennek következtében a kádkezelések tervszerű végzéséhez, az anyag- és energiamérleg optimális beállításához folyamatosan figyelembe vehető. A találmány feladata olyan készülék létrehozása, amely egyszerű módon elkészíthető és megbízhatóan működő elektródákat tartalmaz. A találmány a kitűzött feladatot olyan eljárás létrehozása révén oldja meg, amelynek során a mérést oxigénionvezetó szilárd elektrolitos oxigénkoncentrációs galvánelemmel végezzük, és amelynek jellemzője, hogy folyamatosan, egyidejűleg mérjük a galváncella elektromotoros erejét és az olvadék hőmérsékletét, és a krioli[.olvadék AbOa tartalmának tömeg*-os értékét az RT Erir=E*--------ln IX AhOii 61 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
