Спосіб захисту катодних блоків алюмінієвих електролізерів

Винахід відноситься до виробництва алюмінію, частково до захисту катодних блоків електролізерів вогнетривкими тугоплавкими матеріалами. Катодні блоки електролізерів руйнуються внаслідок просочування подини електролітом, впровадження металічного натрію, механічного стирання. Попадання натрію до графіту призводить до його розбухання та деформування подини. Це призводить до поломок блоків під час експлуатації електролізерів. Другим важливим недоліком катоду є незмочуваність його алюмінієм, що погіршує електропровідність між катодом і розплавом алюмінію. У теперішній час за кордоном широко використовують змочувальні вогнетривкі тугоплавкі матеріали (ВТМ). Це забезпечує значну економію електроенергії за рахунок зменшення електроопору на поверхні, як наслідок, зниження напруги в катоді. Найбільш уваги з точки зору хімічної інертності і електричних властивостей надається дибориду титану (ТіВ2), який використовується як матеріал для катодних блоків. Чиста сполука ТіВ2 має незначну розчинність у рідкому алюмінії та кріоліті, а також низький електроопір і високу стійкість до окислення. Проте ТіВ2 у теперішній час широко не використовують у промисловості внаслідок високої вартості відсутності надійних засобів виготовлення з нього катодних блоків з відносно малою трудомісткістю і вартістю. Відомий спосіб захисту графітови х колодок (патент США №4.093.524, 1978), в якому нахилені поверхні графітови х колодок захищають за допомогою плиток із ТіВ2, використовуючи як зв’язуючи Аl4С3. Недоліком такого покриття є його ламкість. Відомий спосіб нанесення захисного покриття, яке складається з суміші 60% ТіВ2 та 30% СrВ2 у вигляді глазурі (патент Ger. offen 2.305.281, 1973, French Pat. 2.170.183), покриття наносять тонким шаром (до 5мм) у вигляді порошку на графітову пластину і нагрівають до часткового розплавлення порошку та створення суцільної безперервної плівки. Це покриття чинить більший опір розплавленому алюмінію, ніж спечений шар. Катод набуває властивості кращого механічного і електричного контакту з розплавленим алюмінієм, знижуються енергетичні збитки порівняно зі звичайним вугільними катодами. Недоліком способу є складність отримання покриття за необхідністю забезпечення рівномірної за товщиною плівки, особливо на великих графітових блоках, при цьому потрібна спеціальна апаратура, щоб контролювати якість. Міцність плівки також недостатня, тому що поверхня графіту має різну шорсткість. Відомий спосіб нанесення покриття на графітові блоки, що включає два етапи: металізацію та дифузійне насичення. Спочатку на графіт наносять титан (зануренням у розплав, плазмовим або електронно-променевим напиленням). Потім метал твердої фази насичують бором за температурою 1600°С протягом двох годин. Покриття має два шари: ТіВ2 - зовнішній шар та ТіВ - вн утрішній (Борисова А. Л. Совместимость тугоплавких соединений с металами и графітом. Справочник - К.: наукова думка, 1985). Недоліком засобу є складність отримання і контролю покриття, тривалість нанесення. Найбільш перспективним, але слабо вивченим, є спосіб нанесення ТіВ2 на графітову основу електролізом іонних розплавів. Покриття стійке в кріолітових розплавах та алюмінії. Стійкість такого покриття вища за стійкість покриття, які одержані іншими засобами. Відомий засіб одержання покриття ТіВ2 за рахунок електролізу з розплавів боратів, лугів і лужноземельних металів (LiBO2 і NaBO2), що утримують з'єднання титана (ТіО2 або Nа(Li2)ТіО3). Використовуваний анод з ТіВ2 забезпечує стабільність складу ванни в інтервалі щільностей струму 4,102-4,103 А/м 2 і температурі 850-950°С (Туманова Η.X., Барчук Л.П. Гальванические покрытия из ионных расплавов - К.: Те хника, 1983). До недоліків відносять: дорожнечу матеріалу аноду, складність і безконтрольність процесу (поєднують два різні процеси: анодний і катодний, що відрізняються щільністю струму та часу). У зв'язку з цим виникають труднощі вибору режимів електролізу. Найбільш близьким за сукупністю ознак до заявляємого є засіб захисту катодних блоків електролізерів, за яким покриття одержують із розплавів гідроксидів і карбонату натрію, борату, хлориду натрію та сполук титану (Валько А.Т., Ковач С.К. Электрохимия тугоплавких металлов - К.: Техника, 1983). Процес одержання ТіВ2 проводять у графі товому ти глі, що має вигляд стержня і служить анодом і графітовим катодом. Розплав утримує в %: ТіВ2-3; NaCO3-4; AlF 6-20; Νа2Β4О 7-28; NaCl - 45. Катодна щільність струму 150А/дм 2 (15,103А/м 2), температура 1000°С, тривалість - 1 година. Після вилучення з ванни і охолодження катод з осадком обробляють у 5% розчині H2SО4, а потім у 2% розчині NaOH. Вихід ТіВ2-0,2г/А*год. Продукт має склад у %: Аl