Předpečené spotřební uhlíkové anody - Prebaked Consumable Carbon Anodes

Předpečené spotřební uhlíkové anody jsou specifickým typem anoda navržený pro tavení hliníku za použití Hall-Héroultův proces.

Použití a likvidace na konci životnosti

Během tavení procesu, jsou tyto anody pozastaveny v rámci elektrolýza buňka (buňky) obsahující oxid hlinitý nebo fluorid hlinitý. Tento proces spotřebovává anodu v množství zhruba 450 kg anody na metrickou tunu vyrobeného hliníku.[1]

„Utracené“ anody mají malé průmyslové využití a jsou obecně vyřazeny; anody, které byly použity ke zpracování fluoridu hlinitého, však mohou obsahovat určité množství fluorovodík a vyžadují postupy likvidace nebezpečného odpadu.[2] Snahy o nalezení průmyslového využití vyhořelých anod vedly k návrhům použít anody jako nákladově efektivní alternativu pro koks v malých slévárnách, které nemají snadnou dodávku koksu a nemohou si dovolit moderní elektrické pece.

Průmyslové standardy

Vlastnosti anody jsou do značné míry nastaveny během procesu pečení a musí být pečlivě kontrolovány, aby byla zajištěna přijatelná výstupní účinnost a sníženo množství produkovaného nežádoucího vedlejšího produktu.[3] Za tímto účelem se průmysl tavení hliníku usadil na řadě přijatelných hodnot pro komerční sériově vyráběné anody za účelem konzistentního a optimálního výkonu.

Průmyslové standardy pro předpečené uhlíkové anody[4][5][6]
VlastnictvíStandardRozsah
Pečená zjevná hustotaISO 12985-11,53–1,64 gcm-3
Elektrický odporISO 1171355-62 μΩ pro lisované anody
Pevnost v tlakuISO 1851540-48 MPa
Youngův modulRDC-1443,5 až 5,5 GPa
Pevnost v tahuISO 12986-18-10 MPa pro lisované anody
Tepelná vodivostISO 129873,5 - 4,5 W mK-1
Koeficient tepelné roztažnostiRDC-1583,5-4,5 x 10-6 K-1
Propustnost vzduchuISO 159060,5 - 1,5 nPm
Zbytky karboxylové reaktivityISO 12988-184-96%
Reziduum reaktivity na vzduchuISO 12989-10,05-0,3% za minutu
Stabilita zrnaN / A70-90%

Význam průmyslových standardů

Hustota

Vyšší teploty pečení způsobí vyšší hustota anody, které vykazují redukci propustnost a proto prodlužují životnost anody.[7] Výsledkem však bude nadměrná hustota tepelný šok a štěpení anody při prvním použití v elektrolytickém článku.[8]

Elektrický odpor

Efektivní tavení hliníku vyžaduje minimum odpor na straně anody. Nízký odpor má za následek větší kontrolu nad napětím elektrolýzního článku a snižuje související ztráty energie odporové topení.[9] Anody s nízkým elektrickým odporem se však také zvyšují tepelná vodivost. Anody, které vedou příliš mnoho tepla, budou okysličovat rychle, snižující nebo vylučující jejich účinnost tavení, v průmyslovém jazyce nazývané „spálení vzduchem“.[10]

Mechanická síla (Pevnost v tlaku, Youngův modul, Pevnost v tahu )

Anody podléhají řadě mechanická napětí během vytváření, přepravy a používání. Anody musí být odolné vůči tlakové síle, odolné proti elastickému namáhání,[11] a odolný proti nárazu, aniž by křehnul.[12][13] Vztah mezi pevností v tlaku a Youngovým modulem v předpečených anodách obvykle vede ke kompromisu v odolnosti anody vůči tlakové síle a elastickým napětím.[14]

Tepelná vodivost a tepelná roztažnost

Nízká anodová tepelná vodivost vede k „popálení vzduchem“, jak je uvedeno v Elektrický odporvýše.[15][16]

Nízké koeficienty tepelné roztažnosti jsou žádoucí, aby se zabránilo tepelnému šoku.[17][18]

Uhlíková reaktivita a Propustnost vzduchu

Anody by měly být pro oba relativně nepropustné oxid uhličitý a vzduch obecně proto, aby se snížila možnost „spalování oxidu uhličitého“ a „spalování vzduchem“, obojí sníží účinnost tavení anody.[19]

Stabilita zrna

Vysoká stabilita zrna naznačuje vysokou strukturní integritu anody, což zvyšuje účinnost tavení anody. Vysoká stabilita zrna také minimalizuje degradaci částic během výroby anody.[20]

Reference

  1. ^ „Hliník pro budoucí generace - výroba anod“. primary.world-aluminium.org. Citováno 2015-10-29.
  2. ^ Hocking, M.B. (1985). Moderní chemická technologie a regulace emisí. Berlín: Springer-Verlag. str. 244. ISBN  9783642697753.
  3. ^ Fisher, Keller a Manweiller (leden 2009). „Anodové závody pro zítřejší huty: Klíčové prvky pro výrobu vysoce kvalitních anod“ (PDF). Aluminium International Today. Citováno 28. října 2015.
  4. ^ Marsh, H. a K. Fiorino. Uhlíkové anody. v pátém australasském technologickém workshopu na výrobu hliníkové huti. 1995. University of New South Wales Kensington Campus, Sydney, Austrálie: L. J. Cullen Bookbinders
  5. ^ Sadler, B.A. a B. J. Welch. Mechanismy spotřeby anody - praktický přehled úvah o teorii a vlastnostech anody. na sedmé australasské konferenci a workshopech o technologii tavení hliníku. 2001. Melbourne, Austrálie
  6. ^ Barclay, R. Anode Fabrication, Properties & Performance. na 7. konferenci a seminářích o australasské technologii tavení hliníku. 2001. Melbourne
  7. ^ Sadler, B. Spotřeba anody a ideální vlastnosti anody. na čtvrtém australasském workshopu technologie tavení hliníku. 1992. Sydney, Austrálie
  8. ^ Sadler, B.A. a B. J. Welch. Mechanismy spotřeby anody - praktický přehled úvah o teorii a vlastnostech anody. na sedmé australasské konferenci a workshopech o technologii tavení hliníku. 2001. Melbourne, Austrálie
  9. ^ Sadler, B. Spotřeba anody a ideální vlastnosti anody. na čtvrtém australasském workshopu technologie tavení hliníku. 1992. Sydney, Austrálie
  10. ^ Thyer, R., Anodový povlak snižuje hoření vzduchu při výzkumu CSIRO ve zpracování materiálů a výrobě kovů. 2007, Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation: Melbourne. str. 1-2
  11. ^ Sadler, B.A. a B. J. Welch. Mechanismy spotřeby anody - praktický přehled úvah o teorii a vlastnostech anody. na sedmé australasské konferenci a workshopech o technologii tavení hliníku. 2001. Melbourne, Austrálie
  12. ^ Tomsett, A. Provoz anodové pece. na 7. konferenci a seminářích o australasské technologii tavení hliníku. 2001. Melbourne, Austrálie
  13. ^ Barclay, R. Anoda Fabrication, Properties & Performance. na 7. konferenci a seminářích o australasské technologii tavení hliníku. 2001. Melbourne
  14. ^ Barclay, R. Anoda Fabrication, Properties & Performance. na 7. konferenci a seminářích o australasské technologii tavení hliníku. 2001. Melbourne
  15. ^ Sadler, B.A. a B. J. Welch. Mechanismy spotřeby anody - praktický přehled úvah o teorii a vlastnostech anody. na sedmé australasské konferenci a workshopech o technologii tavení hliníku. 2001. Melbourne, Austrálie
  16. ^ Kuang, Z., J. Thonstad a M. Sørlie, Účinky přísad na elektrolytickou spotřebu uhlíkových anod při elektrolýze hliníku. Carbon, 1995. 33 (10): str. 1479-1484
  17. ^ Sadler, B.A. a B. J. Welch. Mechanismy spotřeby anody - praktický přehled úvah o teorii a vlastnostech anody. na sedmé australasské konferenci a workshopech o technologii tavení hliníku. 2001. Melbourne, Austrálie
  18. ^ Barclay, R. Anode Fabrication, Properties & Performance. na 7. konferenci a seminářích o australasské technologii tavení hliníku. 2001. Melbourne
  19. ^ Marsh, H. a K. Fiorino. Uhlíkové anody. v pátém australasském technologickém workshopu na výrobu hliníkové huti. 1995. University of New South Wales Kensington Campus, Sydney, Austrálie: L. J. Cullen Bookbinders
  20. ^ Barclay, R. Anoda Fabrication, Properties & Performance. na 7. konferenci a seminářích o australasské technologii tavení hliníku. 2001. Melbourne