183640. lajstromszámú szabadalom • Elektróda olvadt-só elektrolízishez
1 183 640 2 A találmány tárgya elektróda olvadt-só elektrolízishez, különösen olyan fémek, mint alumínium, magnézium, nátrium, lítium vagy ezen fémek vegyületeinek elektrolízis útján történő előállításához. Alumínium, magnézium, alkáli fémek, valamint ezen fémek vegyületeinek elektrolízis útján történő előállítása során elektródaként túlnyomó részben szén alapanyagot, nevezetesen klinker-szenet vagy grafitot alkalmaznak. Az elektródák szerepe elsődlegesen az áramvezetés, ennek ellenére gyakran maga az elektróda is részt vesz az elektrokémiai reakcióban. Az eljárások során az elektródák azonban az előzetes elméleti számítások szerinti mértéknél a valóságban gyorsabban kopnak, ami a szén alapanyagú elektródának az elektrolitikus eljárás során végbemenő oxidációjára vezethető vissza. Az elméletileg számított érték elektródák kopására olvadt alumínium elektrolízisnél 1 tonna alumíniumnál 334 kg szén, míg a ténylegesen mért érték 1 tonna alumíniumnál 450 kg szén. Hasonló értékek adódnak magnézium, nátrium, lítium és cérium ötvözeteknél. Mind az elektródának a sóolvadékba merülő részén mellékreakcióként fellépő elektródaoxidáció, mind pedig a levegő oxigénjének hatására az olvadékból kinyúló elektródarésznek a leégése, az elektródának időnek előtti és egyenetlen kopásához vezet. Ehhez járul még a grafit intersztíciós vegyületeinek zavaró mellékhatása, amely vegyületek az elektrolit alkatelemeinek, illetőleg származékainak hatására képződnek. Történtek kísérletek arra, hogy a szénelektródát impregnálás, majd azt követő termokémiai kezelés során egy szén-szilíciumkarbid vegyületté alakítják át, amely esetleg már alkalmas lesz elektródaként történő alkalmazásra. Ezek a kísérletek azonban a gyakorlatban jelentős javulást nem eredményeztek. A fent említett hátrányok, valamint a klinker-szén és a grafit növekvő ára azonban arra késztette a gyártókat, hogy formatartó elektródákat próbáljanak kifejleszteni. A fejlesztés eredményeként nemcsak azt várják el, hogy az olvadt-só elektrolízishez évente a Német Szövetségi Köztársaságban a jelenlegi 500 000 tonna olajkoksz fogyasztás fog lecsökkenni, hanem azt is, hogy lényeges energiamegtakarítás is jelentkezik. Erre a célra egész sor különböző kerámia alapanyagú elektródát próbáltak kialakítani. Ilyen jellegű megoldásokat ismertet az 1 152 124 számú angol szabadalmi leírás, amely stabilizált cirkóniumoxid, a 4 057 480 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás, amely lényegében cinkoxid elektródát ismertet. Hasonló célú a 27 57 898 számú német szövetségi köztársaságbeli közrebocsátási irat, amely lényegében szilíciumkarbid-szelepfémborid-szén, a délamerikai 77/1931 számú szabadalmi leírás, amely ittriumoxid elektrokatalizátoros bevonattal, vagy a 2446 314 számú német szövetségi köztársaságbeli közrebocsátási irat, amely kerámia alapanyagú spinellvegyület bevonattal ellátott elektródákat ismertet. Végül még egy további megoldást ismertetünk meg a 80 103 126 számú Európa-bejelentésből, amelyben olyan betétet javasolnak, amely nagy kémiai tisztaságú nem oxidálódó vegyületből készül. Ezt a találmányt 1980. június 4-én nyújtották be. A kerámia alapanyagból készült elektróda betéteknél hátrányként jelentkezik, hogy annak ellenére, hogy vezetőképesség-javító komponensek vannak adalékként belekeverve, mégiscsak közepes villamos vezetőképesség érhető el. Ez azonban csak abban az esetben fogadható el, amikor az elektródák mérete kicsi és ezáltal az áramút rövid. Ez a megoldás elsősorban vizes közegű elektrolízisnél alkalmazható, olvadékelektrolízisnél már nem, mert az elektródák mérete már lényegesen nagyobb, például az alumíniumnál is. A fenti esetben az elektródák mérete elérhet akár 2250X950X750 mm-es méretet is, míg grafit elektródát alkalmazva, ez a méret 1700X200X100 mm, illetőleg 0400X2200 mm értékű. Ilyen méretű kerámiadarabok előállítása a fenti kerámiaanyagokból, komoly költségemelkedést jelent a grafitelektródához képest, nem beszélve arról a hátrányról, hogy nehézségek mutatkoztak a hőmérsékletingadozás állóságban, valamint a belső ellenállásnál is. Az utóbbi időben különösen előtérbe került az a tény, hogy a berendezés fogyasztása kicsi legyen, ami kerámia elektródáknál nem áll fenn. A találmány célul tűzte ki, hogy olyan új típusú elektródát hozzon létre, elsősorban olvadt-só elektrolízishez, amely a fenti hátrányokat kiküszöböli. A találmány szerinti megoldásnál egyik fő szempont volt, hogy kis energiafogyasztású legyen a rendszer, ugyanakkor az eddigiekben használt aktív anyagok ugyanolyan mértékben legyenek használhatók. Fontos szempont volt továbbá, hogy az elektródák könnyen javíthatók és jól szerelhetők legyenek, és elsősorban anódként lehessen előnyösen használni. A találmány szerinti elektróda lényege abban van, hogy tartalmaz egy felső szelvényt fémből, vagy fémötvözetbői, amely felső szelvény adott esetben egy hűtőszerkezetet is magába foglal, és amely felső szelvény egy egymástól elválaszthatóan kiképzett külső részből és egy belső részből van kialakítva. Az elektróda tartalmaz továbbá legalább egy alsó szelvényt, aktív anyagból. Hűtőközegként folyadék, például víz, vagy gáz, például levegő alkalmazható. Azokat az elektródákat, amelyek hűtött fémből és grafitból kialakított fogyórészből vannak kialakítva, elsősorban elektroacéloknak villamos kemencébe történő előállítására szokás alkalmazni, ahol az elektródák csúcsából indul az ív. Az ív fennállása, valamint az ív eltolódása miatt az ív közelében, de a villamos kemence atmoszférikus tere következtében is a fellépő különösen nagy hőmérsékletek, valamint az elektróda haladásának módja olyannyira eltér az olvadt-só elektrolízistől, hogy az elektroacélkemencékben alkalmazott elektródák nem helyettesíthetők az olvadt-só elektrolízisnél alkalmazott elektródáknál. Ha a technika állását ebből a szempontból tekintjük, akkor az 1 223 162 számú angol szabadalmi leírást, a 2430 817 számú német szövetségi köztársaságbeli és a 79 302 809 számú Európa-bejelentés közrebocsátási iratot tekintjük, ezekben azonban az elektróda az ívkemencében szükséges speciális követelmények figyelembevételével van kialakítva. A találmány szerinti elektróda egyik előnyös kiviteli alakjában a felső szelvény belső és külső része oly módon van egymással oldhatóan összekapcsolva, hogy a belső rész egy gáz- vagy folyadéktovábbító kamrát tartalmaz, egy előremenő és egy visszafutó csatornával ellátva, és a külső rész a belső részt adott esetben csak egy részszelvényében veszi körül. A külső rész általában a csatlakozó elektródát képezi, és készülhet a belső résszel megegyező fémből vagy fém5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
