Spôsob výroby inertnej anódy na výrobu hliníka tavnou elektrolýzou

Číslo patentu: E 3822

Dátum: 10.03.2004

Autori: Gabriel Armand, Laurent Véronique

Je ešte 15 strán.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

SPÓSOB VÝROBY INERTNEJ ANÓDY NA VÝROBU HLINÍKA TAVNOU ELEKTROLÝZOU0001 Vynález sa týka výroby hliníka tavnou elektrolýzou. Konkrétnejšie savynález týka anód používaných na túto výrobu a spôsobu ich výroby. Doterajší stav techniky0002 Kovový hliník sa priemyselne vyrába tavnou elektrolýzou, konkrétne elektrolýzou roztoku hliníka vkúpeli na báze roztaveného kryolitu, ktorý sa nazýva elektroíytický kúpeľ, najmä podľa procesu známeho pod názvom HallHéroultov proces. Elektrolytický kúpeľ sa nachádza vnádržiach, tzv. elektrolytických nádržiach zahrňujúcich oceľový kesón, ktorý je z vnútornej strany pokrytý ohňovzdorným materiálom a/alebo izolačným materiálom, a katódovú zostavu nachádzajúcu sa na dne nádrže. Anódy sú čiastočne ponorené do elektrolytického kúpeľa. Termín elektroíytický článok bežne označuje celok pozostávajúci z elektrolytíckej nádrže a z jednej alebo viacerých anód.0003 Elektrolytický prúd, ktorý prúdi velektrolytickom kúpeli avo vrstve tekutého hliníka prostredníctvom anód akatódových článkov, uskutočňuje redukčné reakcie hliníka a umožňuje udržanie teploty elektrolytického kúpeľa typicky na hodnote rádovo 950 °C v dôsledku Joulovho efektu. Elektrolytický článok je pravidelne zásobovaný hliníkom, aby sa kompenzovala spotreba hliníka pri elektrolýze.0004 Vprípade štandardnej techniky sú anódy zuhlikatých materiálov aspotrebúvajú sa pri redukčných reakciách hliníka. Životnosť anódyz uhlikatých materiálov je typicky od 2 do 3 týždňov.0005 Nároky zo strany životného prostredia a náklady spojené svýrobou a používaním anód z uhlíkatých materiálov podnietili výrobcov hliníka už pred mnohými desatročiami kvýskumu týkajúcemu sa anód z materiálu, ktorý sa nespotrebováva, z tzv. inertných anód. Navrhovalo sa použitie viacerých materiálov, medzi nimi sa nachádzajú najmä zmiešané materiály obsahujúce jednu tzv. keramickú fázu ajednu fázu kovovú. Tieto zmiešané materiály sú známe pod názvom cermet.0006 Niektoré cermetové materiály boli predmetom početných štúdií, medzi nimi tiež cermetové materiály, ktorých keramická fáza obsahuje oxid zmiešaný so železom a niklom. Tieto štúdie sa zvlášť zameriavali na cermetové materiály,ktorých keramická fáza obsahuje fázu zloženú z oxidu niklu (NiO) a z feritu niklu(NiFe 2 O 4) a ktorých kovová fáza obsahuje napríklad železo, nikel alebo meď. Tieto cermetové materiály sa takto nazývajú cermety Nlo-NiFegOą-M, kde M označuje kovovú fázu.0007 Ako opisujú napriklad americké patenty US 4 455 211, US 4 454 015 a US 4 582 585, cermety NiO-NiFe 2 O 4-M sa obvykle získavajú spôsobom zahŕňajúcim prípravu zmesi z kovového prášku a prášku zjedného alebo viacerých oxidov železa a niklu, kompresiu danej zmesi takým spôsobom, aby sa vytvorilo surové teleso určitej formy a spekanie surového telesa pri teplote medzi 900 a 1500 °C. Východiskový prášok zoxidu železa aoxidu niklu je obvykle predkalcinovanou zmesou oxidu niklu (NiO) a oxidu železa (obvykle Fe 2 O 3 alebo Fe 3 O 4).0008 Americký patent US 4 871438 inštitútu Battelle Mémorial Institute opisuje výrobný postup, pri ktorom je východískovým oxidom prášok z NiONiFe 2 O 4 a Východiskový kovový prášok pozostáva zo zmesi 10 až 30 hmotn. medeného prášku a z 2 až 4 hmotn. niklu. Pomer obsahu NiO a NiFe 2 O 4 je v rozsahu medzi 2 3 (ą 0,67) a 3 2 ( 1,5). Meď a nikel vytvoria pri spekaní zliatinu, ktorej teplota tavenia je vyššia ako teplota spekania, čo umožňuje zabrániť exsudácii kovovej fázy (po anglicky bleed out) a dosiahnuť takto konečné množstvo kovovej fázy vyššie ako 17 hmotn. Pôvodná zmes neobsahuje organické spojivo. Spekanie sa uskutočňuje vatmosfére argónu a dusíka obsahujúcej od 100 do 500 ppm kyslíka.0009 Nedávno opísal americký patent US 5 794 112 spoločnosti Aluminum Company of America výrobný postup výroby cermetu, pri ktorom obsahuje východisková zmes kovový prášok pozostávajúci z medi a/alebo striebra a od 2 do 10 hmotnostných dielov organického spojiva apri ktorom sa spekanie uskutočňuje v kontrolovanej atmosfére argónu obsahujúcej od 5 do 3000 ppm kyslíka.0010 Známe výrobné postupy však v prípade výroby dielov z cermetu NiONiFe 2 O 4-M, ktorého kovová fáza M obsahuje meď a nikel, predstavujú problémy, a to najmä v prípade výroby dielov s veľkými rozmermi (t. j. dielov,ktorých najmenší rozmer, obvykle ide o priemer, je väčší alebo rovný približne 20 cm). Prihlasovateľ pokladal uspokojivú kontrolu zloženia apomeru fáz cermetu za zložité. Dane zloženie a pomer ovplyvňujú vlastnosti týkajúce sa použitia cermetu. Eliminácia látok vznikajúcich pri vyparovani a rozklade spojiva počas spekania závisí najmä od povahy spojiva, čo spôsobuje, že celý postup závisí od výberu spojiva, keďže jeho zastúpenie vo východiskovej zmesi je velmi dôležité (podobne ako v postupe, ktorý sa opisuje v patente US 5 794 112). Kombinácia nízkej tepelnej vodivosti aveľkého rozmeru navyše vedie k prerušovaniu unikania plynov vznikajúcich pri vyparovani a rozklade, ktoré je zapríčinené uzavretím pórov na povrchu. Diely môžu tiež prasknúť. Tieto problémy možno čiastočne vyriešiť predĺžením fázy uvoľňovania, toto riešenie však značne znižuje produktivitu celého postupu.0011 Prihlasovateľ sa teda zameral na odstraňovanie nevýhod známych0012 Predmetom vynálezu je spôsob výroby inertnej anódy z cermetu, ako sa opisuje v nároku 1, daný cerrnet označený vzorcom NiO-NiFe 2 O 4-M, obsahuje kovovú fázu M, pozostávajúcu z mede a niklu, a keramickú fázu C, tzv. zmiešanú, ktorá pozostáva z aspoň dvoch rôznych fáz, a to zfázy N nazvanej0013 Fáza oxidu nikelnatého N obvykle zodpovedá vzorcu NiO, ktorý môže byť nestechiometrický a ktorý môže pripadne obsahovať iné prvky ako nikel,napr. železo. Fáza niklového spinelu Sobvykle zodpovedá vzorcu NiFegO 4,ktorý môže byť nestechiometrický a ktorý môže prípadne obsahovať iné prvky ako nikel a železo.0014 Podľa vynálezu spôsob výroby inertnej anódy zcermetu typu NiONiFe 2 O 4-M obsahujúceho aspoň jednu fázu oxidu nikelnatého N, jednu fázu niklového spinelu S pozostávajúcu zo železa a niklu, jednu kovovú fázu Mobsahujúcu med a nikel sa vyznačuje tým, že zahrňuje- prípravu východiskovej zmesi obsahujúcej aspoň jeden prekurzor oxidovej fázy N a spinelovej fázy S, jeden prekurzor kovovej fázy M ajedno organické spojívo, pričom podiel organického spojiva v pôvodnej zmesi je malý,a to 2,0 hmotn., a prekurzor kovovej fázy obsahuje kovový prášok pozostávajúci z mede a niklu,- krok tvarovania zmesi, obvykle na základe izostatického Iisovania,spôsobom vytvarovania surovej anódy určitého tvaru,- krok spekania surovej anódy pri teplote typicky vyššej, ako je 900 °C,a v kontrolovanej atmosfére obsahujúcej malé množstvo kyslíka, a to obvykle0015 Prihlasovatel navrhol oddeliť fyzikálne-chemické funkcie, ktoré spĺňajú spojivo a prekurzor kovovej fázy. Vtejto súvislosti si uvedomil, že vo všeobecnosti stačilo používať malé množstvo organického spojiva, aby sa zabezpečila súdržnosť dielu na začiatku spekania (tzn. za účelom výrazného zníženia, dokonca zabránenia deformovaniu dielu), aže úloha chemického redukčného činidla daného spojiva sa zabezpečila pridaním kovového níklu do prekurzora kovovej fázy, ktorý výhodne pozostáva z kovových práškov.0016 Oddelenie dvoch funkcií - mechanickej súdržnosti dielu akontroly zloženia kovovej fázy - umožňuje redukovať množstvo spojiva, a tým redukovať emisie toxických prchavých látok so slabým prídavkom kyslíka, skrátiť dobuuvofňovania aobmedziť riziko prasklin avzniku pórovitosti spojené

MPK / Značky

MPK: C25C 3/00

Značky: inertnej, spôsob, výroby, hliníka, výrobu, elektrolýzou, tavnou, anody

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/23-e3822-sposob-vyroby-inertnej-anody-na-vyrobu-hlinika-tavnou-elektrolyzou.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Spôsob výroby inertnej anódy na výrobu hliníka tavnou elektrolýzou</a>

Podobne patenty