Spôsob výroby komponentu elektrolyzéra na výrobu hliníka, komponent a elektrolyzér

Číslo patentu: 281012

Dátum: 07.02.1996

Autori: Sekhar Jainagesh, De Nora Vittorio

Stiahnuť PDF súbor.

Zhrnutie / Anotácia

Spôsob výroby komponentu elektrolyzéra na výrobu hliníka, vyrobeného z kompozitového materiálu na základe uhlíka, obsahujúceho žiaruvzdorný tvrdý kovový borid, karbid, oxid, nitrid alebo ich kombinácie alebo zmesi a hliníka, titánu, kremíka a zirkónia a ich zliatiny a zlúčeniny, pozostáva z prípravy reakčnej zmesi hliníka, titánu, kremíka alebo zirkónia a prekurzorov, ktoré reagujú a vytvoria žiaruvzdornú tvrdú kovovú zlúčeninu, a prípadných plnidiel a pridávaných látok. Reakčná zmes sa premieša s časticovým uhlíkom v množstve od 1 do 20 hmotnostných dielov uhlíka na 1 hmotnostný diel reakčnej zmesi
a s koloidným spojivom obsahujúcim najmenej jeden z materiálov koloidného oxidov kremíka, hliníka, ytria, céru, tória, zirkónia, horčíka, lítia v takom množstve, aby plne zmáčalo častice uhlíka. Výsledná zmes sa zhutní a vysuší a zohreje tak, aby prebehla reakcia reakčnej zmesi samoprebiehajúcou mikropyretickou reakciou.

Text

Pozerať všetko

Vynález sa týka spôsobu výroby komponentov elektrolyzérov na výrobu hliníka, vyrobených z kompozitového materiálov na základe uhlíka, obsahujúceho žiaruvzdomý tvrdý kovový borid, karbid, oxid, nitrid alebo ich kombinácie, alebo zmesi a najmenej jedného z prvkov hliníka, títánu, kremíka a zirkónia a ich zliatin a zlúčenln, a zvlášť sa týka zlepšených spôsobov výroby takýchto komponentov.Hliník sa bežne vyrába Hall-Héroultovým procesom elektrolýzy oxidu hlinitého rozpusteného v roztavenom elektrolyte na báze kryolitu pri teplotách až okolo 950 °C. Redukčný elektrolyzér Hall-Héroulta má obvykle oceľový plášť vybavený izolačnou vrstvou žiaruvzdomého materiálu, ktorý sám má povlak z uhlíka, ktorá je v styku so zložkami roztavenej zmesi. Vodivé tyče pripojené na zápomý pól zdroja jednosmerného prúdu sú vložené do uhlíkatého katódového podkladu, ktorý vytvára spodné lôžko(dno) elektrolyzćra. Katódový podklad je obvykle uhlíkatá vrstva (povlak) na báze antracitu, vyrobená z predspekaných (predslínovaných) katódových blokov, spojených so zlisovanou zmesou antracitu, koksu a uhoľného dechtu.V l-lall-Héroultových elektxolyzéroch ako katóda pôsobí roztavený objem hliníka Uhlikatá povrchová vrstva alebo katódový materiál majú úžitkovú životnosť tri až osem rokov alebo za nepriaznivých podmienok ešte menej. Zhoršovanie katódovćho lôžka nastáva erózíou a prienikom elektrolytu a kvapalného hliníka, ako aj pricníkom sodíka,ktorý vyvoláva napúchanie a deformácia katódových uhlíkatých blokov a zlisovanej zmesi. Okrem toho prienik sodíkových častí a iných prisad kryolitu alebo vzduchu vedie k vytvoreniu toxických zlúčenln včítane kyanídov.Tažkosti pri prevádzke vznikajú aj z hromadenia nerozpustných kalov kyslíčníka hlinitého na povrchu uhlíkatej katódy pod hladinou objemu hliníka, ktoré vytvárajú izolačné oblasti na lôžku elektrolyzćra. Prienik kryolitu a hliníka cez uhlíkové teleso (plášť) a deformácia katódových uhlíkatých blokov majú za následok aj posunutie týchto katódových blokov. Kvôli posunutiu katódových blokov sa dostane hliník na oceľové katódové vodivé tyče a spôsobuje ich koróziu, vedúcu k zhoršovaníu elektrického kontaktu, nerovnomemosti v rozložení prúdu a nadmemćmu obsahu železa vo vyrobenom hliníkovom kove.Na zníženie hodnoty ACD a príslušnej straty napätia sa vykonáva rozsiahly výskum žiaruvzdomých tvrdých kovov alebo žiaruvzdomých tvrdých materiálov (RHM), ako je napr. TiB 1, na materiál katódy. TiBz a iné materiály RHM sú v hliníku prakticky nerozpustné, majú nízky elektrický odpor a sú hliníkom zmáčanć. To by malo umožniť, aby bol hliník ukladaný priamo na povrchu katódy z RHM, a mala by sa tým vylúčiť potreba hlbokého objemu hliníka. Pretože borid títánu a podobné žiaruvzdomé tvrdú kovy sú zmáčané hliníkom, odolávajú korozívnemu prostrediu elektrolyzérov na výrobu hliníka a sú to dobré vodiče elektriny, boli navrhnuté viaceré konštrukcie elektrolyzérov využívajúce žiaruvzdorné tvrde kovy, ktoré ponúkajú veľa prednosti, hlavne aj úsporu energie znížením hodnoty ACD.Využitie boridu títánu a iných elementov typu RHM vedúcich prúd v elektrolytických elektrolyzéroch na výrobu hliníka je opisané v patentoch USA č.2,9 l 5,442, 3,028,324,3,215,615, 3,314,876, 3,330,756, 3.l 56,639, 3,274,493,3,404,061. Napriek rozsiahlemu úsiliu a potenciálnym vý hodám povrchov z boridu títánu na lôžko katódy elektrolyzéra, neprijal hlinikársky priemysel tieto návrhy komerčne. Rôzne typy vrstiev z TiBg alebo RHM materiálov, nanesené na podklady z uhlíka, zlyhali kvôli ich nedostatočnej priľnavosti a rozdielnym súčiniteľom tepelnej rozťažnosti medzi materiálom boridu títánu a uhlíkovým katódovým blokom.Patent USA č.3,404,06 l opisuje elektrolyzér bez objemu hliníka, ale s drenážovanou katódou zo žiaruvzdomého tvrdého kovu, ktorý pozostáva zo zmesi žiaruvzdomého tvrdého kovu, najmenej 5 uhlíka a 10 až 20 váhových bitúmenovćho (živicového) spojiva, vypálenćho pri 900 °C alebo viac a nalisovaného do lôžka elektrolyzéra. Takéto kompozitové katódy nenašli komerčné použitie pravdepodobne kvôli ich náchylnosti na poškodenie v elektrolytickej vam.Patent USA č.3,661,736 nárokuje práva na kompozitovú drenážovanú katódu pre elektrolyzér na výrobu hliníka,ktorá pozostáva z častíc alebo kúskov oblúkovo tavenej zliatiny RHM uloženej v elektricky vodivej matrici uhlíka alebo grañtu, a na časticové plnidlo, ako je karbid hlinika, karbid títánu alebo nitrid títánu. V prevádzke však sú hranice zŕn a matrica uhlíka alebo grafttu napádané elektrolytom alebo hliníkom, čo vedie k rýchlemu zničeniu katódy.Patent USA č.4,308,ll 4 sa týka povrchu katódy z RHM v grafitovej matrici vyrobenej zmiešaním RHM s bitúmenovým (živicovým) spojivom a grafitizáciou pri 235040 alebo viac. Takéto katódy sú náchylnć na skoré porušenie od rýchleho odplavenia a od možného prieniku sodíka a erózie grañtovej matrice.Patent USA č.4,466,966 navrhuje nanášanie povlakovej kompozície obsahujúcej vopred vytvarovaný časticový RHM, ako napr. TiBz, ako za tepla tvrdnúce spojivo, uhlíkatć plnidlo a uhlíkatć prísady do uhlíkového katódového podkladu, po čom nasleduje ošetrenie sušením a karbonizácia. Ale aj tak ešte nebolo možné získať týmto spôsobom povlak, ktorý by mal dostatočnú priľnavosť, aby mohol odolať prevádzkovým podmienkam v elektrolyzéri na výrobu hliníka.Patent USA č.4,595,545 uvádza výrobu diboritu títánu alebo jeho zmesi s karbidom alebo nitridom títánu, zirkónia, hafnia, vanádia, nióbu, tantalu, chrómu, molybdénu alebo volfrámu karbotermickou, karboaluminoterrnickou alebo aluminotermickou reakciou vo vákuu alebo v inertnej atmosfére, zo sklenených alebo mikrokryštalických gélov kysličnikových reaktantov pripravených z organických alkaholátových prekurzorov. Sklo alebo gél boli potom rozdrvené a sformovanć do telies a slinované do telies z materiálov na báze diboridu títánu a hliníka ako komponentov elektrolyzćrov na výrobu hliníka. Ale takéto sintrované materiály podliehajú napadnutia a korózii na hranici zŕn, ak sú v styku s taveným hliníkom, Tento spôsob nebol ani vhodný na výrobu veľkých kusov, ako sú bloky na využitie v elektrolyzćroch na výrobu hliníka.Využitie samovoľne sa šíríacej spaľovacej syntézy(mikropyretická reakcia) na výrobu čisto tvarovaných keramických elektród na použitie pri výrobe hliníka je opísané vo W 0 92/ 13977 a W 0 92/22682, pričom časticová sparovacia zmes na výrobu keramickeho alebo kovovokeramického kompozita bola zmiešaná s časticovými plnidlami a anorganickými spojivami. Žiadny z týchto materiálov neobsahoval uhlík.W 0 93/20027, ktorého obsah je tu včlenený ako referencia, navrhol výrobu ochranného žiaruvzdomého povlaku na podkladovom uhlikatom alebo inom materiáli ako komponente elektrolyzćrov na výrobu hliníka, nanesením natento podklad mikropyretickej reakčnej vrstvy obsahujúcej časticové reaktanty v koloidnom nosiči a vyvolaním mikropyretickej reakcie. Koloidný nosič bol aspoň jeden z materiálov, ako je koloidný kysličník hlinitý, koloidný kysličník kremičitý, koloidný kysličník ytria a koloidný monohliníkový fosfát (fosforečnan).W 0 93/25494, ktorého obsah je tu včlenený ako referencia, navrhol pastu obsahujúcu uhlík na použitie zvlášť ako komponentov elektrolytických elektrolyzérov samotnú alebo skompaktnenú, aby vytvorila anódy, katódy a obloženie elektrolyzéra na elektrolýzu kysličníka hlinitého na výrobu hliníka v Hall-Héroultových elektrolyzéroch. Pasta obsahoval v podstate kompaktnú zmes jedného alebo viacerých časticových práškových materiálov a spojivo, ktoré nie je na báze uhlíka a neznečisťuje, s možnosťou jedného alebo viacerých náplní, pričom spojivom je suspenzia jedného alebo viacerých koloidov alebo je odvodené od jedného alebo viacerých koloidných prekumorov, koloidných reagentov alebo chelátových činidíel.Až doteraz sa uspokojivo neprejavíl žiadny kompozitový materiál na báze uhlíka, obsahujúci žíaruvzdomý tvrdý kovový borid, karbid alebo borokarbid, na využitie ako komponent elektrolyzérov na výrobu hliníka. Takéto materiály boli drahé na výrobu a bolo ťažké vyrobiť ich vo veľkých kusoch, použiteľných v elektrolyzéroch na výrobu hliníka. Navyše odolnosť takýchto materiálov proti napadnutiu tavenými komponentmi bola neuspokojivé.Uvedené nedostatky do značnej miery odstraňuje spôsob výroby komponentu elektrolyzéra na výrobu hliníka,komponent a jeho použitie v elektrolyzéri podľa tohto vynálezu.Predmetom vynálezu je výroba kompozitového materiálu na báze uhlíka, obsahujúceho žíaruvzdomý tvrdý kovový borid, karbid, oxid, nitrid alebo ich kombinácie alebo zmesi, ktoré sú vhodné na použitie ako komponenty elektrolyzérov na výrobu hliníka, zvlášť s obložením elektrolyzéru. jĎalším predmetom vynálezu je zabezpečiť spôsob ekonomickej prípravy takýchto materiálov vo veľkých kusoch,ktoré je možné použiť v elektrolyzéroch na výrobu hliníka a ktoré majú vynikajúcu odolnosť proti napadnutiu zložkami taveníny z elektrolyzérov na výrobu hliníka.Vynález poskytuje spôsob výroby komponentu elektrolyzéra na výrobu hliníka, vyrobeného z kompozitovćho materiálu na báze uhlíka, obsahujúccho žiaruvzdomú tvrdú kovovú zlúčeninu vybranú z boridov, karbidom, nitridov,oxidov a ich kombinácií a ich zmesí a z aspoň jedného z prvkov hliníka, titánu, kremíka a zirkónia ako kovov, zliatin alebo zlúčenín včítane intermetalíckých zlúčenln týchto kovov s inými prvkami. Uvedené kombinácie zahŕňajú aj borokarbidy a zlúčeniny kyslíka ako zásaditć oxynitridy.Podstata vynálezu spočíva v tom, že v prvom rade sa pripraví reakčná zmes hliníka, titánu, kremíka alebo zirkónia a prekurzorov, ktoré reagujú s vytvorením žiaruvzdornej tvrdej kovovej zlúčeniny, ako sú boridy, karbidy alebo borokarbidy alebo ich zmesi, s možnosťou použitia plnidiel a prímesí. Reakční zmesje potom premiešaná s časticovým uhlíkom najlepšie v množstve od l do 20 hmotnostných dielov uhlíka na l hmotnostný diel reakčnej zmesi, a najlepšie s koloidným spoj ivom obsahujúcim najmenej jeden z koloidov kysličnlka kremičitého, kysličníka hlinitého, kysličníkov ytria céru, tória, zirkónia, horčíku, lítia, pričom množstvo koloidného spoj iva musí byť dostatočné na úplnézmáčanie a obalenie uhlíka tých častíc. Výsledná zmes sa stlačí alebo skompaktnl do príslušného tvaru nejakým dobre známym spôsobom, ako je napr. lisovanie, a potom sa vysuší a zohreje na spustenie reakcie reakčnej zmesi samovoľne sa šíriacou mikropyretickou reakciou, ktorá postupuje po línii horenia, ktorá sa ťahá cez tvar.Výhodne je reakčná zmes s uhlíkom premiešaná s 0,1 m 1 až l ml koloidného spojiva na gram tejto reakčnej zmesi a uhlíka. Výhodne je ako časticový uhlík použitý antracit alebo graíít. Výhodne reakčná zmes pozostáva z hliníka, oxidu bóru a dioxidu titánu najmenej v molárnom pomere 10 A 1 3 B 203 3 TiOz.Výhodne je koloidné spojivo odvodené od koloidných prekurzorov alebo koloidných reagentov, ktorými sú roztoky aspoň jednej zo solí, akými sú chloridy, sulfáty, nítráty,chloráty, perchloráty alebo organické kovové zlúčeniny akými sú alkoholáty, formáty, acetáty kremíka, hliníka, ytria, céru, pória, zirkónia, horčíka., lítia a iných kovov a ich zmesí. Výhodne spojivo obsahuje chelátové činidlo, akým je acetyl acetón alebo etylacetonacetát. Výhodne sú spojivom i roztoky kovových organických zlúčenín, hlavne kovových alkoholátov, ktoré majú všeobecný vzorce M(OR)z, kde M- je kovový alebo komplexný katión, R- je alkylový reťazec a z- je číslo od l do 12.Výsledný kompozitový materiál na báze uhlíka obsahuje najmenej 50 hmotnostných uhlíka a výhodne je p 0 tiahnutý povlakom alebo pokrytý spojovacou vrstvou žiaruvzdomého materialu zmáčateľného hliníkom.Produkt reakcie, komponent, je zvlášť vhodný na použitie ako bočná stena elektrolyziéra alebo na opláštenie elektrolyzéra na výrobu hliníka z dôvodu jeho dobrej zmáčateľnosti taveným hliníkom a jeho dobrej odolnosti proti okysličovaniu. Spôsob výroby samovoľne sa šíriacou spa ľovacou syntézou, čiže mikropyretickou reakciou, sa ponú-ka na výrobu veľkých blokov materiálu alebo celých lôžok elektrolyzérov. wNa také použitia, ked sa požaduje vysoká pevnosť na získanie samonosného telesa, sa v reakčnej zmesi uprednostňuje titán, kremlk - alebo zirkón. Výsledný produkt môže obsahovať elementárny títán, kremík a zirkónimn, ako aj intennetalické zlúčeniny a zlúčeniny ako karbid titánu, nitrid titánu, karbid kremíka a nitrid kremíka samotné alebo s elementámymi kovmi, zliatinami alebo interrnetalickými zlúčeninami. Zvažujú sa aj zmesi týchto kovov s hliníkom, ktoré dávajú intennctalickć zlúčeniny, ako je AlTi a AlTíg. Zistilo sa, že prímes titánu zvyšuje elektrickú vodivosť materiálu.Reakčná zmes je obvykle premiešaná s l, 5 až 8 lunotnostnými dielmi uhlíka na l hmotnostný diel reakčncj zmesi, výhodne s 3 až 6 hmotnostnými dielmi uhlíka na l hmotnostný diel reakčnej zmesi. Reakčná zmes a uhlík sú potom premiešané obvykle s 0,1 ml až l ml koloidného spojiva na gram reakčnej zmesi a uhlíka, najlepšie s 0,15 ml až 0,5 ml koloidného spojiva na gram reakčnej zmesi a uhlíka.Najlepšia reakčná zmes obsahuje hliník, oxid hóru a dioxid titánu aspoň približne v molámom pomere pre reakčnú schému 10 Al 3 B 203 3 Ti 02 - 3 TiB 2 5 A 1 O 3Koloidné spojivo, čo je najlepšie koloidný oxid hlinitý,môže byť odvodené od koloidných prekurzorov alebo koloidných reagentov, čo sú roztoky najmenej jednej soli, ako sú chloridy, sulfáty, nitráty, chloráty, perchloráty, alebo(mravenčany), acetáty kremíka, hliníka, ytria, céru, tória,zirkónia, horčíka, lítia a iných kovov a ich zmesi. Spojivo môže obsahovať chelátové činidlo, ako je acetyl acetón alebo etylacetolacetát.Uvedený koloidný prekurzor alebo roztoky reagentov z kovových organických zlúčenín sú v zásade kovové alkoholáty so všeobecným vzorcom M(0 R)z, kde Mje kovový alebo komplexný katión, R je alkylový reťazec a z je číslo obvykle od l do 12.Výsledný kompozitový materiál na báze uhlíka obvykle obsahuje najmenej 50 hmotn. uhlíka a vo väčšine prípadov od 70 do 85 hmotn. uhlíkaVýchodískový materiál môže obsahovať jedno alebo viac plnidiel vybraných z kovových, polymérových, žiaruvzdorných alebo predfonnovaných keramických materiálov, ako sú boridy, karbídy, nítridy, kremičitany, oxidy, oxidnitridy, ako aj pyrolýzovateľné chlorosilikáty, polykarbonové silikáty, polysilikáty, a iné organometalické polyméry, ktoré pyrolýzujú na užitočné produkty na zabránenie oxidácie alebo na zlepšenie spojenia, alebo ich pyrolýzované produkty tepelne stále bitúmeny termoplastícké bitúmeny a ich zmesí.Príklady tepelne stálych bitúmenov sú epoxidy, fenolické bitúmeny a polyimidy. Príklady termoplastických bitúmenov sú polykarbonáty, napr. Lexanm, sulfidy pglyfenylov, ketóny polyéter éter, polysulfóny napr. Udel , polyetermídy a polyetérsulfony.Niektoré materiály môžu byť prítomné aj ako spojiva,aj ako plnidla. Napr. kysličník hlinitý môže byť prítomný v spojive v koloidnej forme, zatial čo ako plnidlo v časticovej forme.Časticové uhlíkaté materiály sa prevažne vyberajú z ropného dechtu, metalurgického dechtu, antracitu, graíitu alebo akejkoľvek inej formy kryštalických uhlíkov, amorfného uhlíka alebo ich zmesí, obvykle antracit, metalurgický decht, gratit a inć uhlíkaté materiály na výrobu katód. Najvhodnejšie maíeriály sú antracit a grafit. Navyše uhlík môže byť stužený, ako napr. íüllerene C 5., alebo C 7., alebo príbuzného druhu. Je možné použiť aj zmesi týchto rôznych foriem.Veľkosť časticového uhlíkatého materiálu je obvykle pod 40 mm, najlepšie medzi 1 m a 30 mm, a časticový uhlíkatý materiál najlepšie obsahuje medzi 5 hmotn. a 40 hmotn. častíc s rozmermi pod 0.2 mm.Východisková zmes podľa vynálezu však môže obsahovať časticový uhlíkatý materiál, plnidla alebo spojiva,ktoré sú vláknitć, tak diskrétne (odsekané) vlákna, ako aj vlákna dlhé alebo s rôznymi dlžkarni. Vlákna majú výhodu v tom, že zlepšujú spojenie a zdokonaľujú tuhosť, a teda aj pevnosť výsledných telies alebo hmôt. Uvažuje sa aj o zmesiach práškov a vláken.Po vytvorení bloku alebo hmoty, pred použitím ako komponentu do elektrolyzéra, môžu byť blok alebo masa vystavené impregnácii kašou na báze koloidu a potom znovu vyžíhané. Pred impregnáciou a po takejto impregnácii by sa malo urobiť tepelné spracovanie.Je aj možné potiahnuť blok alebo hmotu povlakom požadovaného zloženia, zvlášť na použitie na katódy včítane povlaku z materialu zmáčaného hliníkom, ako je diborid títánu alebo iné žiaruvzdomé kovové boridy, karbidy, nitridy atď., alebo pripojiť vrstvy takýchto materiálov k bloku alebo hmote.Na uhlíkaté bloky alebo hmoty vystavené okysličovaniu alebo korozívnemu prostrediu môže byť povlak ochranným povlakom, ktorý zlepšuje odolnosť telesa na okysličovanie a ktorý môže aj zlepšiť elektrickú vodivosť a lebo elektrochemickú aktivitu telies, pričom takýto povlak sa nanáša ako koloidná kaša obsahujúca reakčnć alebo nereakčné látky, alebo zmes reakčných a nereakčných látok,ktoré reagujú, ak je teleso zohriate na dostatočne zvýšenú teplotu, alebo sintrujú a vytvárajú ochranný povlak. Takéto povlaky, ktoré v najlepších zloženinách obsahujú karbidy,kremičitany, boridy, nitridy, oxidy, karbonitridy, oxidonitridy a ich kombinácie, zvlášť SiC a MoSiZ, možno aj spolu s kovovými časticamí, ako sú napr. Ni, Pt, Cr alebo intermetalicke častice ako napr. NiAl, NiAl CrSi, CrB atď. alebo ich kombinácie, ako aj reakčné produkty mikropyretických činidiel, čo sú častice, vlákna alebo fólie takých materiálov ako Ni, Al, Ti, B, Si, Nb, C, C 1103, Zr, Ta,TiOz, B 103 alebo ich kombinácie, sú opísane v W 0 93/20026, ktorého obsahje tu včlenený ako referencia.Najlepší povlak obsahuje častice boridov, ako je TiBz v koloidnom oxide hlinitom, ako je oplsané vo W 0 93/25494.Tam, kde sa vyžaduje zvýšená zrnáčavosť, môže byť užitočné pripájať plamičky, dosky, pláty alebo iné telesá z hliníkového RHM alebo z kompozitového materiálu RHM na kompozitový materiál na báze uhlíka s využitím známych spojivových činidiel alebo zdokonalenej kaše, ako je opísanć v PCT/lB 94/00034.Vynález bude ďalej ilustrovaný nasledovnými príkladm 1.Spaľovacia zmes bola pripravená zmiešaním 37,6 hmotn. prášku (čistota 99,5, mriežka -325), 29 hmotn. vyčisteného B 203 (1 m) a 33,4 hmotn. dioxidu titánu (stupeň čistoty 99, mriežka -300). 10,5 g tejto spaľovacej zmesi bolo potom starostlivo premiešané s 19,5 g antracitového prášku (mriežka -80 počet ôk na dĺžkový palec). Do zmesi bolo pridané 10,5 ml koloidného pojiva oxidu hlinitého(Stupeň WAL-l 2 od Messrs. Wesbond, obsahujúci 12 hmotn. koloidov) a bolo to starostlivo premiešanć tak, aby všetky častice antracitu boli obalené kašou. Počas prcmiešavania sa kaša zohrieva. Po asi 20 minútach čakania na vychladnutie kaše je zmes zlisovaná pri 560 k/cmz v lisovacej forme s priemerom 2,54 mm, aby vznikol valec. Ihneď po vybraní z formy sa začne mikropyretická reakcia tým, že sa vznec rýchlo vloží do pece pri 1150 °C na čas asi 10 minút. Ihneď po reakcii sa valec ponorí do uhlíkového prášku asi na pol hodiny, aby sa zabránilo oxidácii, a potom sa mu umožní chladnutie na vzduchu. Produkt po mikropyretickej reakcii obsahoval TiBz, kysličník hlinítý a uhlíkaté materiály. Produkt dobre obstál v skúške v elektrolytickom elektrolyzéri s náplňou NaF/NaCl a nerozpadol sa, zatiaľ čo bežný uhlíkatý materiál katódy sa úplne rozpadol.Spaľovacia zmes bola pripravená zrniešaním 26,3 hmotn. hliníkového prášku (čistota 99,5, mriežka -325),20,4 . vyčisteného B 203 (1 m) a 22,35 hmotn. dioxidu titánu (stupeň čistoty 99, mriežka -300 ) a 30 hmotn. antracitu. 15 g tejto spaľovacej zmesi bolo potom starostlivo premiešaných s 15 g antracitového prášku (mriežka -80). Do zmesi bolo pridaných 7,5 ml koloidného oxidu hlinitého ako pojiva (stupeň AL-20 od Nycol Products, obsahujúci 12 hmotn. koloidov) a bolo to starostlivo premiešané tak, aby všetky častice antracitu boli obalené kašou. Počas premiešavania sa kaša zohrieva. Po asi 15 minútach čakania na vychladnutie kaše je zmes zlisovaná pri 100 - 175 k/cmz v lisovacej forme s priemerom 2,54 mm,aby vmikol valec. Ihneď po vybraní z formy sa začne mikropyretická reakcia tým, že sa valec rýchlo vloží do pecepri 1100 °C na čas asi 10 minút. ihneď po reakcii sa valec ponorí do uhlíkového prášku asi na pol hodiny, aby sa zabránilo oxidácii, a potom sa mu umožní chladnutie na vzduchu. Produkt po mikropyretickej reakcii obsahoval TiBz, oxid hlinitý a uhlíkaté materiály.Produkt dobre obstàl v skúške v elektrolytickom elektrolyzéri s náplňou NaFlNaClz a nerozpadol sa, zatial čo bežný uhlikatý materiál katódy sa úplne rozpadol.Bol opakovaný príklad l, ale so sušenim valca na vzduchu 24 hodín po vybraní valčeka z formy a pred jeho vložením do pece. Výsledok bol podobný.Príklad 4 Bol opakovaný príklad l, ale s použitím 19,5 g graíitového prášku s mriežkou -300. Výsledok bol podobný.l. Spôsob výroby komponentu elektrolyzéra na výrobu hliníka vyrobeného z kompozitových materiálov na báze uhlíka a žiaruvzdomej zlúčeniny vybranej z boridov, karbidov, oxidov, nitridov a ich kombinácií a zmesí, a aspoň jedného z hliníka, titánu, kremíka a zirkónia a ich zliatin a zlúčenímvyznačuj úci sa tým,žemikropyretická reakčná zmes, ktorá po reakcii obsahuje žiaruvzdornú zlúčeninu, je pripravená s obsahom aspoň jedného prvku z hliníka, titánu, kremíku a zirkónia ako reaktantu a je premiešaná s časticovým uhííkom i s možným použitím plnídiel a spojivom, po čom nasleduje zhutňovanie a vyvolanie mikropyretickej reakcie, pričom reakčná zmes s časticovým uhlíkomje premiešaná s koloidným spojivom, obsahujúcim aspoň jeden z koíoidných oxidov kremíka, hliníka, ytria,céru, tória, zirkónia, horčíka, lítia a kde množstvo koloidného spojiva musí byť dostatočné na plné zrnočenie častíc uhlíka.2. Spôsob výroby podľa nároku l, v y z n a č u j ú e i s a t ý m , že reakčná zmes sa premieša s časticovým uhlíkom v množstve od l do 20 hmotnostných dielov uhlíka na l hmotnostný diel reakčnej zmesi a s koloidným spojivom, ktoré zhutňuje a suší zmes a ohreje sa na začatie mikropyretickej reakcie, ktorá postupne prebieha reakčnou zmesou pozdĺž fronty spaľovania.3. Spôsob výroby podľa nároku 2, v y z n a č u j ú ci s a tý m , že reakčná zmesje premiešaná s 1,5 až 8 hmotnostnými dieími uhlíka na l hmotnostný diel reakčnej zmesi.4. Spôsob výroby podľa nároku 3, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že reakčná zmes je premiešaná s 3 až 6 hmotnostnými dieími uhlíka na 1 hmotnostný diel reakčnej zmesi.5. Spôsob výroby podľa nároku 2, 3 alebo 4, v y zn ačujú ci sa týmjereakčnázmesauhlíksú premiešané s 0,1 ml až l ml koloidného spojiva na gram reakčnej zmesi a uhlíka.6. Spôsob výroby podľa nároku 5, v y z n n č u j ú c i s a t ý m , že reakčná zmes a uhlík sú premiešame s 0,15 ml až 0,5 ml koloidnćho spojiva na gram reakčnej zmesi a uhlíka.7. Spôsob výroby podľa ktoréhokoľvek z nárokov l až 6,vyznačujúci sa tým ,žečasticovýuhlíkje antracit alebo grafrt.8. Spôsob výroby podľa ktoréhokoľvek z nárokov l až 7,vyznačuj úci sa týmjereakčnázmespo zostáva z hliníka, oxidu bóru a dioxidu títánu najmenej v molámom pomere 10 Al 3 B 203 BTiOI.9. Spôsob výroby podľa nároku 8, v y z n a č u j ú ci s a t ý m , že koloidné spojivo je koloidný oxid hlinitý.10. Spôsob výroby podľa ktoréhokoľvek nárokov l až 9,vyznačujúci sa tým,žekoíoidnéspojivo je odvodené od koíoidných prekurzorov alebo koíoidných reagentov, ktorými sú roztoky aspoň jednej zo solí, akými sú chloridy, sulfáty, nitníty, chloráty, perchloráty alebo organické kovové zlúčeniny, akými sú alkoholáty, formáty,acetáty kremíka, hliníka, ytría, céru, tória, zirkónia, horčíka, lítia a iných kovov a ich zmesí.11. Spôsob výroby podľa nároku 10, v y z n a č u j ú c i s a tý m , že spojivo obsahuje chelátovć činidlo, akým je acetyl aeetón alebo etylacetonacetát.12. Spôsob výroby podľa nároku 10, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že spojivom sú roztoky kovových organických zlúčenín, hlavne kovových alkoholátov, ktoré majú všeobecný vzorec M (OR)z, kde M- je kovový alebo komplexný katión, R je alkylový reťazec a z- je číslo od 1 do 12.13. Spôsob výroby podľa ktoréhokoľvek z nárokov l až llvyznačujúei sa tým,ževýs 1 ednýkompozitový materiál na báze uhlíka obsahuje najmenej 50 hmotnostných uhlíka.14. Spôsob výroby podľa nároku 13, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že výsledný kompozitový materiál na báze uhlíka obsahuje 70 až 85 hmotnostných uhlíka.15. Spôsob výroby podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až l 4,vyznačujúci sa tým,ževýslednýkompozitový materiál na báze uhlíka je potiahnutý povlakom alebo pokrytý spojovacou vrstvou žiaruvzdomćho materiálu zrnáčateľného hliníkom. 16. Komponent elektrolyzćra na výrobu hliníka, vyro-bený z kompozitového materiálu na báze uhlíka bez jamiek, ktorý obsahuje uhlík a žiaruvzdomú tvrdú materiálovú zlúčeninu vybranú z boridov, karbidov, oxidov, nitridov a ich kombinácií a zmesí, a najmenej z jedného z nasledovných prvkov hliníka, titánu, kremíka a zirkónia a ich zliatin i zlúčenín, pričom uvedené materiály sa získavajú mikropyretickou reakciou pozdlž fronty spaľovania cez zmes obsahujúcu reakčnú mes najmenej jedného z nasledovných prvkov hliníka, titánu, kremíka a zirkónia i prekurzorov,ktoré reagujú a vytvárajú žiaruvzdomé tvrdé kovové zlúčeniny, a sú možné aj plnidlá a spoj ivá, premiešané s časticevým uhlíkom, pripraviteľný zo zmesí obsahujúcej časticový uhlík v množstve od 1 do 20 hmotnostných dielov reakčnej zmesi a koloidného spojiva obsahujúceho najmenej jeden z materiálov koloidného oxidu kremičitého, oxidu hlinitého,oxidu ytrítého, oxidu céritého, oxidu tóritćho, oxidu zirkonitého, oxidu horčíka a oxidu lítia, ktorý zmáča častice uhlíka.17. Komponent podľa nároku 16, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že kompozitový materiál zahŕňa diborid titánu, oxid hlinitý a uhlíkatý materiál.18. Komponent podľa nároku 16 alebo 17, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že kompozitový materiál obsahuje najmenej 50 hmotnostných uhlíka.19. Komponent podľa nároku 16 alebo 17, v y z n a č uj ú c i s a tý m , že kompozitový materiál obsahuje 70 až 85 hmotnostných uhlíka.20. Komponent podľa ktoréhokoľvek z nárokov 16 až 19, vyznačuj úci sa tým, že kompozitový materiál na báze uhlikaje pokrytý povlakorn alebo spojivovou vrstvou žiaruvzdomého materiálu zmáčajůceho hliník.21. Elektrolyzér na výrobu hliníka, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že obsahuje komponent podľa ktorého

MPK / Značky

MPK: C25C 3/08, C04B 35/52, C04B 35/65

Značky: elektrolyzér, komponentu, hliníka, elektrolyzéra, komponent, spôsob, výrobu, výroby

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/6-281012-sposob-vyroby-komponentu-elektrolyzera-na-vyrobu-hlinika-komponent-a-elektrolyzer.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Spôsob výroby komponentu elektrolyzéra na výrobu hliníka, komponent a elektrolyzér</a>

Podobne patenty