Wstępnie wypalona, zużywalna anoda węglowa
Wstępnie spiekane, zużywalne anody węglowe to specyficzny typ anody przeznaczony do wytapiania aluminium w procesie Halla-Héroulta .
Użycie i utylizacja po zakończeniu okresu przydatności do użytku
Podczas procesu wytapiania anody te są zawieszone w ogniwie elektrolizy zawierającym tlenek glinu lub fluorek glinu . W procesie zużywa się anodę w ilości około 450 kg anody na tonę wyprodukowanego aluminium.
„Zużyte” anody mają niewielkie zastosowanie przemysłowe i zazwyczaj są wyrzucane; jednakże anody stosowane do przetwarzania fluorku glinu mogą zawierać pewną ilość fluorowodoru i wymagać procedur usuwania odpadów niebezpiecznych. Wysiłki mające na celu znalezienie przemysłowego zastosowania zużytych anod doprowadziły do propozycji wykorzystania anod jako opłacalnej alternatywy dla koksu w małych odlewniach, które nie mają gotowych dostaw koksu i nie mogą sobie pozwolić na nowoczesne piece elektryczne.
Standardy przemysłowe
Właściwości anody są w dużej mierze ustalane podczas procesu wypiekania i muszą być dokładnie kontrolowane, aby zapewnić akceptowalną wydajność wyjściową i zmniejszyć ilość wytwarzanego niepożądanego produktu ubocznego. W tym celu przemysł wytapiania aluminium ustalił zakres akceptowalnych wartości dla anod produkowanych masowo w celu zapewnienia spójnej, optymalnej wydajności.
| Nieruchomość | Standard | Zakres |
|---|---|---|
| Wypiekana gęstość pozorna | ISO 12985-1 | 1,53-1,64 gcm-3 |
| Opór elektryczny | ISO11713 | 55-62 μΩ dla anod prasowanych |
| Wytrzymałość na ściskanie | ISO18515 | 40-48 MPa |
| Moduł Younga | RDC-144 | 3,5-5,5 GPa |
| Wytrzymałość na rozciąganie | ISO 12986-1 | 8-10 MPa dla anod prasowanych |
| Przewodność cieplna | ISO12987 | 3,5-4,5W mK-1 |
| Współczynnik rozszerzalności cieplnej | RDC-158 | 3,5-4,5 x 10-6 K-1 |
| Przepuszczalność powietrza | ISO15906 | 0,5-1,5 npm |
| Pozostałość reaktywna karboksy | ISO 12988-1 | 84-96% |
| Pozostałość po reakcji z powietrzem | ISO 12989-1 | 0,05-0,3% na minutę |
| Stabilność ziarna | Nie dotyczy | 70-90% |
Znaczenie norm przemysłowych
Gęstość
Wyższe temperatury wypalania skutkują anodami o większej gęstości , które wykazują zmniejszoną przepuszczalność , a zatem wydłużają żywotność anody. Jednakże nadmierna gęstość spowoduje szok termiczny i pęknięcie anody przy pierwszym użyciu w ogniwie elektrolizy.
Opór elektryczny
Efektywne wytapianie aluminium wymaga niskiego oporu ze strony anody. Niska rezystancja zapewnia większą kontrolę nad napięciem ogniwa elektrolizy i zmniejsza straty energii związane z ogrzewaniem rezystancyjnym . Jednakże anody o niskim oporze elektrycznym wykazują również zwiększoną przewodność cieplną . Anody przewodzące zbyt dużo ciepła ulegną utlenieniu , zmniejszając lub eliminując ich wydajność wytapiania, co w żargonie branżowym nazywa się „spalaniem powietrzem”.
Wytrzymałość mechaniczna ( wytrzymałość na ściskanie , moduł Younga , wytrzymałość na rozciąganie )
Anody podlegają różnym naprężeniom mechanicznym podczas tworzenia, transportu i użytkowania. Anody muszą być odporne na siłę ściskającą, odporne na naprężenia sprężyste i odporne na uderzenia, nie stając się kruche. Zależność pomiędzy wytrzymałością na ściskanie a modułem Younga w wstępnie wypalonych anodach zwykle skutkuje kompromisem w odporności anody na siłę ściskającą i naprężenia sprężyste.
Przewodność cieplna i rozszerzalność cieplna
Niska przewodność cieplna anody powoduje „oparzenie powietrzem”, jak zauważono w części Opór elektryczny powyżej.
Aby uniknąć szoku termicznego, pożądane są niskie współczynniki rozszerzalności cieplnej.
Reaktywność węgla i przepuszczalność powietrza
Anody powinny być stosunkowo nieprzepuszczalne zarówno dla dwutlenku węgla, jak i powietrza , aby zmniejszyć możliwość „oparzenia dwutlenkiem węgla” i „oparzenia powietrzem”, które zmniejszą wydajność wytapiania anody.
Stabilność ziarna
Wysoka stabilność ziaren wskazuje na wysoką integralność strukturalną anody, zwiększając wydajność wytapiania anody. Wysoka stabilność ziarna minimalizuje również degradację cząstek podczas wytwarzania anod.