157534. lajstromszámú szabadalom • Kriolit kád aluminium elektrolizises előállításához

157534 3 4 Mint ismeretes, ezek a spontán képződött megszilárdult vagy félig szilárd kriolít-tartalrnú bélések változó vastagságúak, és soha, vagy legalábbis majdnem sohasem érik el azt az optimális vastagságot, amely a kemence valóban racionális működéséhez szükséges lenne. A fürdő hőniérsékleitváltozásai- a kemence működése közben még akkor is jelentősen befolyásolják a megszilárdult fürdő vastagságát, azaz a félig szilárd oldalfalak vastagságát, ha e változások időben nem hosszúak, és néhány tíz fok nagyságrendűek. A fürdő-hőimé,rséklet néhány tíz fokos változása a gyakorlatban könnyen okoz a megszilárdult kriolit-tartalmú anyagból álló oldalfalak vastagságában néhány cnniyi változást. A szokásos egycellás kemence belső falai ezáltal fokozatosan és spontán úgy változnak, hogy egyre kevesebb széntartalmú, és egyre több, meglehetősen változó összetételű kriolittartalmú anyagból állnak, amelynek olvadási hőmérséklete azonban viszonylag alacsony, azaz 940 C°-nál kisebb érték. Más szavakkal, az említett fürdővel érintkező oldalfalak alig szilárdak, inkább félszilárdák; az oldalfalak változó és általában neon megfelelő vastagságúak, instabilisak és nem .megbízhatók. 2. Másrészről a szénikád fenekén egyéb jelenségek és kellemetlenségek figyelhetők meg. Mindenekelőtt gyakran képződik a szénkád fenekén egy szilárd, esetleg nagyviszkozitású tömegből álló kerületi gyűrű, amelynek anyagát a gyakorlatiban — különösen, ha az alumínium-kaitódréteg állatit van — csáknem lehetetlen az olvadákfürdőben újraoldani. A fürdő komponenseinek keresztülhaladása, valamint helyi túlhevülésefc következtében a szénfenék duzzadása és deformációja is előáll. Az így deformálódott és impregnálódott szénfenéken az eleteromos áram eloszlása is romlik. Mindezek következményeként az említett fenéken keresztülhaladó elektromos áram ohrnikus feszültségesése növekszik, mielőtt az áram a feneket a fémrudaikon keresztül elhagyná. Ez a modern, új kádakkal felszerelt elektrolizáló kemencék fajlagos energiafogyasztásához viszonyítva jelentős növekedést — általában l-~3 kWó/kg előállított alumínium — okoz.. Az ilyen készülékek fajlagos energiafogyasztása általában 15 kW ó/kg előállított alumínium. A hagyományos kádakat ennek következtében időniként le kell szerelni, áramtalanítani, majd újra fel kell szereim, ami jelentős időveszteséggel, termelés- és anyagveszteséggel, valamint munkaköltségékkel jár. A többcellás kemencék csökkentett áramerősséggel, de mindig sokkal nagyobb összfeszültséggel működnek, mint a hagyományos egy cellás kemencék. Ezekben a kemencékben a belső kád (oldalfalaik és fenék) nem készíthető olyan széntartalmú anyagból, amely az olvadt fürdővel közvetlen kapcsolatban van, minthogy egy ilyen kád komoly nehézségiéket okozna az áramátadásban, ezenkívül az olvadt fürdőibe függesztett különböző elektródok és a szénkád között mellék-elektrolízisek játszódhatnak le. Számos anyagot javasoltaik már mind a hagyományos egycellás kemencék oldalfalainaik, mind pedig a többcellás kemencék oldalfalainak és fenekének bélelésére felhasznált széntartalmú anyagok helyettesítésére, Mindezideig az a felfogás alakult ki, hogy ezeknek a védő- és/vagy helyettesítő anyagoknak egyidejűleg olyan tulajdonságokkal kell rendelkezniük, amelyeik a gyakorlatban egy és ugyanazon anyagnál nem fordulnak elő. E követelmények a következők: 1. jó ellenállóképesség az 1000 C°-nál nagyobb hőmérsékleteikkel szemben, valamint kiváló hőálló tulajdonságok; 2. jó ellsnállóképesség fluortartalmú elektrolízisfürdők kémiai és elektrokémiai korroziójával szemben; 3. jó ellenállóképesség az olvadt alumínium hatásával és áthatolásával szemben; 4. még folyékony fürdővel átitatva is magas ohmikus ellenállás az elektrolízis hőmérsékletén, legalábbis a többcellás kemencéik esetében. Eddig leginkább a sziliciumnitrid-kötésű sziliciumkarbid közelítette meg ezeket a jellemzőket; így néhány hagyományos egycellás kemence falait (de csak az oldalfalait) ilyen anyagokkal bélelték. A kereskedelemben jelenleg kapható anyag azonban nagyon költséges, és emellett még azzal a hátránnyal is rendelkezik, hogy ohmikus ellenállása forrón, a kriolitfürdőbe merülve viszonylag alacsony. Az anyag ugyan jól ellenáll a kémiai hatásoknak (különösen a katódtérben), a többcellás kemencékben a fluortartalniú fürdőn átmenő, a kád-fal egy része mentén áthaladó áram elektrokémiai hatásával szemben azonban csekély ellenállásit tanúsít. Meglepő módon, és az eddigi ismeretekkel ellentétben azt találtuk, hogy a többcellás kemencék belső kádjainaik, valamint az egycellás kemencék megfelelő oldalfalainak kialakítására nam szükséges költséges, speciális tűzálló anyagokat (pl. sziliciumnitridákötésű sziliciumlkarbidot) vagy széntartalmú anyagokat alkalmaznunk, és így kiküszöbölhetjük az ezek felhasználásával járó, korábban már említett hátrányokat és kellemetlenségeket. Azt találtuk, hogy az egycellás kemencék belső oldalfalaihoz, és különösen a többcellás kemencakádak béléséhez (oldalfalak és fenék) a belső szénkád védelmére, vagy annak részbeni vagy teljes helyettesítésére előregyártott, azaz előzetesen elkészített és megformált kríolittartalmú anyagokat használhatunk fel. A találmány tehát egyrészről az előregyártott, előzetesen megformált kiriolittartalmú idonidarialbokra, és azok előállítására vonatkozik. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2