188704. lajstromszámú szabadalom • Elektród olvadt-só elektrolízishez
1 188 704 2 A találmány tárgya elektród olvadt só elektrolízishez, elsősorban olyan fémeknek, mint alumínium, magnézium, nátrium, lítium vagy ezek vegyületeinek előállításához, amely elektród egy fémből vagy fémötvözetből kiképezett, hűtőszerkezettel ellátott, legalább részben hőálló szigetelő réteggel bevont felső szelvényt és legalább egy az aktív anyagból kiképezett alsó szelvényt tartalmaz. Alumínium, magnézium, alkáli fémek, valamint ezen fémek vegyületeinek elektrolízis útján történő előállításakor elektródként túlnyomó részben szén alapanyagú elektródot, nevezetesen klinker-szén vagy grafit elektródot használnak. Az elektród szerepe az eljárás során elsősorban az áramvezetés, ennek ellenére gyakran előfordul, hogy maga az elektród is részt vesz az elektrokémiai reakcióban. A tapasztalat azt mutatta azonban, hogy az elektródok az eljárások során gyorsabban kopnak az előzetesen elméletileg kiszámított mértéknél, ami a szén-alapanyagú elektródoknál az elektródoknak az eljárás során végbemenő oxidációjára vezethető vissza. 1 tonna alumínium előállításakor elméletileg 334 kg szén fogy el elektródonként, míg a ténylegesen mért érték 1 tonna alumínium esetében 450 kg. Hasonlóak a problémák magnézium, nátrium, lítium és cérium ötvözeteknél. Mind az elektródnak a sóolvadékba merülő részén mellékreakcióként fellépő oxidáció, mind pedig a levegő oxigénjének hatására az olvadékból kinyúló elektród rész leégése, az elektródnak időnek előtti és egyenetlen kopásához vezet. Ehhez járul még a grafit intersztíciós vegyületeinek romboló hatása, amely az elektrolit, illetőleg származékainak hatására jön létre. Történtek kísérletek arra is, hogy a szénelektródot impregnálás, majd azt követő termokémiai kezelés során egy szén-szilíciumkarbid vegyületté alakítják át, amely esetleg már alkalmas elektródként történő használatra. Ezek a kísérletek azonban a gyakorlatban kevés eredménnyel jártak. A fent említett hátrányok, valamint a klinkerszén és a grafit egyre növekvő ára arra késztette a gyártókat, hogy formatartó elektródokat próbáljanak létrehozni. 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 jelentősen lecsökkenni, hanem azt is, hogy energiamegtakarítás is jelentkezni fog. Ebből a célból egy sor különféle kerámia alapanyagú elektródot próbáltak ki. Kerámia elektródot ismertet az 1 152 124 számú angol szabadalmi leírás, amely lényegében stabilizált cirkóniumoxid, a 4 057 480 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás, amely lényegében cinkoxid elektródot ismertet. Hasonló jellegű a 27 57 898 számú német szövetségi köztársaságbeli közrebocsátási irat, amely lényegében szilíciumkarbid szelepfémboridszén elektródot ismertet, valamint a 77/1931 számú dél-amerikai szabadalom, amely elektródkatalizátorral bevont yttriumoxid elektródot ismertet, vagy pedig a 24 46 314 számú német szövetségi köztársaságbeh közrebocsátási irat által ismertetett elektród, amely kerámia alapanyag spinellbevonattal. A kerámia alapanyagú elektród betéteknél hátrányos, hogy bár vezetőképességet javító komponenseket tartalmaz, mégis legfeljebb közepes villamos vezetőképesség érhető el velük. Ez azonban csak abban az esetben fogadható el, amikor az elektród mérete kicsi, tehát az áramút rövid. Ez a megoldás tehát elsősorban vizes közegű elektrolízisnél alkalmazható, olvadt só elektrolízisnél már nem, mivel az elektródok mérete például alumínium esetében már lényegesen nagyobb. Alumínium előáliitásánál az elektród mérete elérheti akár a 950 * 750 mm-es méretet is, míg például magnézium előállításánál, az itt alkalmazott grafit elektród mérete típustól függően 1700x200x100 mm, illetve 0 400x2200 mm. Ilyen méretű blokkok előállítása a fenti kerámiából rendkívül drága, ugyanakkor problémát jelent a nem megfelelő höállósága hőmérsékletváltozáskor, valamint villamos belső ellenállása. Az utóbbi időben különösen előtérbe került az is, hogy a fajlagos energiafogyasztás is kicsi legyen, ami végülis egyik oka volt annak, hogy a kerámia elektródok nem terjedtek el. A 331 054 számú osztrák szabadalmi leírásban ismertetve van, hogy a fém tartóelem egy részét, célszerűen a celián belül található részét, különösen pedig azt a részt, amely az úgynevezett háromfázisú tartományon belül van, árnyékolni kell. Az azonban, hogy ez az árnyékolás hogyan valósítható meg a legelőnyösebben, nevezetesen, hogy például egy oldhatóan elhelyezett alakos idom formájában, valamint az, hogy ez az alakos idom több egységből is állhat, nem tartalmazza a leírás és erre semmiféle kitanítás sincs. Az alakos idomnak tehát azon kiviteli alakjai, amelyek a leírásban szerepelnek, nem találhatók meg az idézett szabadalmi leírásban. A találmány célul tűzte ki, hogy olyan új típusú elektródot hozzon létre olvadt só elektrolízishez, amely a technika állásának jelenlegi hátrányait kiküszöbölheti és az elektród szigetelését az agresszív anyagoktól szintén megvalósítja. Különös figyelmet szenteltünk annak a kérdésnek, hogy kicsi áram- és feszültségveszteség megvalósításával oldjuk meg a kitűzött feladatot, ugyanakkor az eddig ismert és elektród betétként alkalmazott aktív anyagok ugyanúgy továbbra is alkalmazhatók legyenek. A találmányunk szerinti elektród előnyösen anódként alkalmazható. A találmány szerinti elektród azzal jellemezhető, hogy a szigetelő réteget egy oldhatóan elhelyezett félköpenyek sorozatából álló csőszegmensek és alakos idom képezi, amely a felső szelvény alsó tartományát, egészen a felső szelvényt és az alsó szelvényt egymással összekapcsoló csavaros csőkapcsolóig, vagy annak közvetlen közeiéig Hasonló elektródot alkalmaznak elektroacél előállításához is, azonban éppen igénybevétel szempontjából'alapvető különbségek vannak, így ahhoz, hogy valaki az olvadt só elektrolízis területén újszerű, az elektrolízis során kedvezően alkalmaz-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
