NL8105055A - METAL COMPOSITION FOR INERT ELECTRODE - Google Patents
METAL COMPOSITION FOR INERT ELECTRODE Download PDFInfo
- Publication number
- NL8105055A NL8105055A NL8105055A NL8105055A NL8105055A NL 8105055 A NL8105055 A NL 8105055A NL 8105055 A NL8105055 A NL 8105055A NL 8105055 A NL8105055 A NL 8105055A NL 8105055 A NL8105055 A NL 8105055A
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- metal
- material according
- electrode
- metals
- valence
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
- C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
- C25C3/12—Anodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
- C25C7/02—Electrodes; Connections thereof
- C25C7/025—Electrodes; Connections thereof used in cells for the electrolysis of melts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
---------------- --- - - ...... - - -- I «· S 3399-107 - .---------------- --- - - ...... - - - I «S 3399-107 -.
r ,.. -., p & cr, .. -., p & c
Metaalsamenstelling voor inerte elektrode.Metal composition for inert electrode.
De uitvinding heeft betrekking op de elektrolytische bereiding van metalen, zoals aluminium, lood, magnesium, zink, zircoon, titaan, silicium e.d. en meer in het bijzonder op een inert soort elektrode voor toepassing bij de bereiding van dergelijke metalen.The invention relates to the electrolytic preparation of metals such as aluminum, lead, magnesium, zinc, zircon, titanium, silicon, etc. and more particularly to an inert type electrode for use in the preparation of such metals.
5 Wanneer men bijvoorbeeld aluminium bereidt door elektrolyse van een oplossing van aluminiumoxide in gesmolten zout onder toepassing van koolstof elektroden, wordt aan de anode kooldioxide gevormd als gevolg van de bij de ontleding van aluminiumoxide vrijkomende zuurstof. Dat wil zeggen, dat de vrijgekomen zuurstof reageert en de koolstofanode verbruikt. Zodoende 10 moet men per kg geproduceerd aluminium 0,33 kg koolstof gébruiken. Gewoonlijk gebruikt men voor dergelijke elektroden koolstof, zoals die verkregen wordt uit petroleumcokes. Wegens de stijgende kosten van dergelijke cokes is het noodzakelijk gebleken een nieuw materiaal voor de elektroden te vinden. Een gewenst nieuw materiaal zal een materiaal zijn, dat niet 15 verbruikt wordt en bestand is tegen aantasting door het bad van gesmolten materiaal. Bovendien dient het nieuwe materiaal in staat te zijn een hoog stroomrendement te leveren, de zuiverheid van het metaal niet nadelig te beïnvloeden en verder dient het aan redelijke eisen te voldoen voor wat betreft de grondstof prijs en de fabrikage.For example, when aluminum is prepared by electrolysis of a solution of aluminum oxide in molten salt using carbon electrodes, carbon dioxide is formed at the anode due to the oxygen released in the decomposition of aluminum oxide. That is, the released oxygen reacts and consumes the carbon anode. Thus, per kg of aluminum produced, 0.33 kg of carbon must be used. Usually, such electrodes use carbon, such as that obtained from petroleum coke. Due to the rising cost of such coke, it has become necessary to find a new material for the electrodes. A desired new material will be a material which is not consumed and which will resist bath deterioration of molten material. In addition, the new material should be able to provide high current efficiency, not adversely affect the purity of the metal, and should also meet reasonable requirements in terms of raw material price and manufacturing.
20 Men heeft talrijke pogingen ondernomen een inerte elektrode van het genoemde type te verschaffen, maar kennelijk zonder de vereiste mate van succes om dit ekonomisch uitvoerbaar te maken. Dat wil zeggen, dat de inerte elektroden uit de literatuur reactief blijken te zijn in zodanige mate, dat verontreiniging van het geproduceerde metaal optreedt, benevens verbruik 25 vein de elektrode. Zo vermeldt bijvoorbeeld het Amerikaanse octrooischrift 4.039.401, dat intensief onderzoek werd uitgevoerd om niet-verbruikbare elektroden te vinden voor de electrolyse van aluminiumoxide in gesmolten zout en dat oxiden met spinelstruktuur of oxiden met perovskietstruktuur een uitmuntende elektronengeleidendheid vertonen bij een temperatuur van 30 900°-1000°C, een katalytische werking vertonen voor het opwekken van zuurstof en chemische weerstand bezitten. Voorts wordt in het Amerikaanse octrooischrift 3.960.678 een werkwijze beschreven voor het laten werken van een cel voor de elektrolyse vanuit aluminiumoxide met één of meer anoden, waarvan het werkoppervlak vervaardigd is van een keramisch oxide-35 materiaal. Volgens dit octrooischrift vereist deze werkwijze echter, dat een stroomdichtheid boven een minimumwaarde gehandhaafd moet worden over het gehele anodeoppervlak, dat in kontakt komt met het gesmolten elektrolyt, teneinde de corrosie van de anode zoveel mogelijk te verminderen.Numerous attempts have been made to provide an inert electrode of the said type, but apparently without the required degree of success to make it economically feasible. That is, the inert electrodes from the literature appear to be reactive to such an extent that contamination of the metal produced occurs, in addition to consumption in the electrode. For example, U.S. Pat. No. 4,039,401 reports that intensive research has been conducted to find non-consumable electrodes for the electrolysis of alumina in molten salt and that oxides of spinel or oxides of perovskite structure exhibit excellent electron conductivity at a temperature of 900 ° -1000 ° C, exhibit a catalytic action to generate oxygen and have chemical resistance. Furthermore, U.S. Pat. No. 3,960,678 discloses a method of operating an alumina electrolysis cell with one or more anodes, the work surface of which is made of a ceramic oxide-35 material. However, according to this patent, this method requires that a current density above a minimum value must be maintained over the entire anode surface, which contacts the molten electrolyte, in order to minimize the corrosion of the anode.
Zodoende blijkt, dat er grote behoefte bestaat aan een elektrode, die 8105055 _ - 2 - / / t , - / . . · praktisch inert is of bestand is tegen aantasting door gesmolten zouten of gesmolten metaal onder vermijding van verontreiniging en alle daarmee verband houdende problemen.Thus, it appears that there is a great need for an electrode which is 8105055 - 2 - / / t, - /. . · Practically inert or resistant to attack by molten salts or metal, avoiding contamination and all related problems.
De uitvinding verschaft een elektrode, die sterk bestand is tegen 5 aantasting door materialen in een elektrolytische cel en die betrekkelijk goedkoop te vervaardigen is. <The invention provides an electrode which is highly resistant to attack by materials in an electrolytic cell and which is relatively inexpensive to manufacture. <
Volgens de uitvinding wordt een elektrodemateriaal verschaft, dat geschikt is voor toepassing bij de bereiding van metalen, zoals aluminium, lood, magnesium en zink e.d. onder toepassing van elektriciteit. Het metaal 10 wordt gevormd uit. een metaalverbinding, bijvoorbeeld zijn oxide of zout, dat verschaft wordt in een gesmolten zout. Het elektrodemateriaal wordt vervaardigd uit tenminste twee metalen of metaalverbindingen, die zodanig gekombineerd worden, dat zij een kombinatie-metaalverbinding verschaffen, die tenminste één oxide, fluoride, nitride, sulfide, carbide of boride 15 bevat, waarbij de gekombineerde metaalverbinding gedefinieerd wordt door de formule y. 5- {m ] ( p m " /n v.According to the invention, there is provided an electrode material suitable for use in the preparation of metals, such as aluminum, lead, magnesium and zinc, etc., using electricity. The metal 10 is formed from. a metal compound, for example, its oxide or salt, which is provided in a molten salt. The electrode material is made from at least two metals or metal compounds, which are combined to provide a combination metal compound containing at least one oxide, fluoride, nitride, sulfide, carbide or boride, the combined metal compound being defined by the formula y. 5- {m] (p m "/ n v.
i=l J i-3. J 1 r-1 Ki waarinm p m n \ / % - l! J*"*, + - 1 en p/xr - 11 fel fel fel r=l Z een getal is met een waarde van 1,0 - 2,2; K een getal is met een waarde 25 van 2,2 - 4,4; tenminste één metaal is met een valentie van 1, 2, 3, 4 of 5 en overall waar li in het materiaal gebruikt wordt, steeds hetzelfde metaal of dezelfde metalen voorstelt; M. een metaal is met een valentie van 3 2, 3, 4 of 5; -X tenminste één van de elementen O, F, N, S, C en B voorstelt; m, p en n betrekking hebben op een aantal komponenten, dat M^, M_., .i = 1 J i-3. J 1 r-1 Ki in which p m n \ /% - l! J * "*, + - 1 and p / xr - 11 bright bright bright r = 1 Z is a number with a value of 1.0 - 2.2; K is a number with a value of 2.2 - 4 , 4; is at least one metal with a valence of 1, 2, 3, 4 or 5 and overall where li is used in the material always represents the same metal or metals; M. is a metal with a valence of 3 2, 3, 4 or 5; -X represents at least one of the elements O, F, N, S, C and B; m, p and n relate to a number of components, that M 1, M 2.
30 en X kan vormen; F„ , F' , F' of F de molfrakties zijn van Μ., M. en r M. _._M. M. x ï η30 and X; F ', F', F 'or F are the mole fractions of Μ., M. and r M. _._ M. M. x ï η
i i 3 r Ji i 3 r J
X en 0<\f'„ < 1, behalve als M. Sn, Ti of Zr voorstelt of als m = 1 r / M ï of als zuurstof is en K = 3, in welke gevallen 0 <\f'm<1.X and 0 <\ f '„<1, except if M. represents Sn, Ti or Zr or if m = 1 r / M ï or if oxygen is and K = 3, in which cases 0 <\ f'm <1 .
35 ^— 135 ^ - 1
Als de metaalverbinding een metaaloxide is, gevormd uit tenminste twee metalen, kan het materiaal gedefinieerd worden met de formule M(M'M ) x ,If the metal compound is a metal oxide formed from at least two metals, the material can be defined with the formula M (M'M) x,
x i—y z Kx i — y z K.
waarin Y een getal is met een waarde van minder dan- 1 en meer dan O en M · een metaal is met een valentie van 1, 2, 3, 4 of 5 en M' een metaal met eenwhere Y is a number with a value of less than -1 and more than O and MD is a metal with a valence of 1, 2, 3, 4 or 5 and M 'is a metal with a
n valentie van 2, 3, 4 of 5, terwijl Z het getal 2, 3 of 4 is, X tenminste 4Un valence of 2, 3, 4 or 5, while Z is the number 2, 3 or 4, X at least 4U
8105055 Λ 't - 3 - één van de elementen O, F, S, C of B voorstelt en K een getal is met een waarde van 2 - 4,4, welk materiaal sterk geleidend is en inert is ten opzichte van gesmolten zout.8105055 t 't - 3 - represents one of the elements O, F, S, C or B and K is a number with a value of 2 - 4.4, which material is highly conductive and inert to molten salt.
Ook wordt een metaalverbinding verschaft als hier beschreven, waarin 5 tenminste één metaalpoeder gedispergeerd is door de kombinatie-metaalver-binding teneinde de geleidendheid daarvan te verhogen, waarbij dit metaalpoeder Ni, Co, Fe, Cu, Pt, Rh, In, Ir en/of een legering daarvan is.Also provided is a metal compound as described herein, wherein at least one metal powder is dispersed through the combination metal compound to increase its conductivity, this metal powder Ni, Co, Fe, Cu, Pt, Rh, In, Ir and / or is an alloy thereof.
In de bijgevoegde tekening is:In the attached drawing is:
Figuur 1 een grafiek, die een toelichting of voorbeeld geeft van de 10 wijziging in rooster parameter tegen het percentage overmaat metaaloxide ten opzichte van de stoechiometrische hoeveelheid;Figure 1 is a graph illustrating or illustrating the change in lattice parameter against the percentage of excess metal oxide relative to the stoichiometric amount;
Figuur 2 een schematische voorstelling van een elektrolytische cel, die de beproeving toont van de inerte elektrode van de uitvinding;Figure 2 is a schematic of an electrolytic cell showing the test of the inert electrode of the invention;
Figuur 3 een mikrofoto, die een elektrodemateriaal volgens de uit-15 vinding toont;Figure 3 shows a micrograph showing an electrode material according to the invention;
Figuur 4 een andere mikrofoto, die poedervormig koper toont, dat gedispergeerd is in de elektrodesamenstelling volgens de uitvinding.Figure 4 is another micrograph showing powdered copper dispersed in the electrode composition of the invention.
Een inerte elektrode, die geschikt is voor toepassing voor de bereiding van bijvoorbeeld aluminium, moet aan bepaalde kriteria voldoen.An inert electrode suitable for use in the preparation of, for example, aluminum, must meet certain criteria.
20 Zo moet de elektrode bijvoorbeeld een hoge mate van geleidendheid bezitten. Voorts moet hij bestand zijn tegen aantasting door het bad. Verder dient hij een hoge bestandheid tegen oxidatie te bezitten. Andere overwegingen zijn onder andere de kosten en het gemak van de vervaardiging. Dit betekent, dat de kosten zodanig moeten zijn, dat de elektrode ekonomisch geschikt 25 moet zijn. Al deze gebieden zijn van belang. Wanneer bijvoorbeeld de elektrode niet bestand is tegen aantasting, kan het ermee geproduceerde metaal, bijvoorbeeld aluminium, verontreinigd worden. Wanneer de geleidendheid te gering is, worden de energiekosten te hoog. Zo ziet men, dat al deze faktoren van groot belang zijn om een volledig bevredigende elektrode te 30 verkrijgen.For example, the electrode must have a high degree of conductivity. Furthermore, it must be resistant to attack by the bath. Furthermore, it must have a high resistance to oxidation. Other considerations include cost and ease of manufacture. This means that the costs must be such that the electrode must be economically suitable. All these areas are important. For example, if the electrode is not resistant to attack, the metal produced with it, for example aluminum, can be contaminated. When the conductivity is too low, the energy costs become too high. Thus it is seen that all these factors are of great importance to obtain a completely satisfactory electrode.
Er werd nu gevonden, dat wanneer de elektrode vervaardigd wordt van metaaloxiden, -nitriden, -boriden, -sulfiden, -carbiden of -halogeniden of kombinaties daarvan, hij uitsluitend aan deze eisen zal voldoen, wanneer de oxiden of de andere materialen zorgvuldig uitgekozen en gekombineerd 35 worden, zodat men een kombinatie verkrijgt met een specifieke samenstelling. Anders gezegd, is gebleken dat zonder de zorgvuldige keuze van de komponen-ten en de kombinatie daarvan in geregelde hoeveelheden de elektrode geen bevredigende weerstand tegen aantasting door het bad bezit.It has now been found that when the electrode is made from metal oxides, nitrides, borides, sulfides, carbides or halides or combinations thereof, it will only meet these requirements if the oxides or other materials are carefully selected and combined to obtain a combination with a specific composition. In other words, it has been found that without careful selection of the components and their combination in controlled amounts, the electrode has no satisfactory resistance to bath attack.
Volgens de uitvinding wordt derhalve een elektrodemateriaal vervaar- 8105055 V * ' l digd uit tenminste twee metalen of metaalverbindingen, die zodanig gekom-bineerd worden, dat een gekombineerde metaalverbinding verkregen wordt, die tenminste één oxide, fluoride, nitride, sulfide, carbide of boride bevat, waarbij de kombinatie-metaalverbinding gedefinieerd wordt door de formule fr'V'v ^‘’'λΙ/Σν-Λ L J 7 l r=1 K)According to the invention, therefore, an electrode material is manufactured from at least two metal or metal compounds, which are combined such that a combined metal compound is obtained, which contains at least one oxide, fluoride, nitride, sulfide, carbide or boride where the combination metal compound is defined by the formula fr'V'v ^ '' 'λΙ / Σν-Λ LJ 7 lr = 1 K)
waarin" · p m n \ Jwhere "· p m n \ J
10 < = 1? pV + = 1 en 2^rFxr = 1?,., ; fcl : 3¾ i*=l r=l .10 <= 1? pV + = 1 and 2 ^ rFxr = 1?,.,; fcl: 3¾ i * = l r = l.
• ( * . * Z een getal is met een waardeavan 1,0 - 2,2; K een getal.is met een waarde : van 2,0 - 4,4; tenminste één metaal met een valentie van 1, 2, 3, 4 Of 5 is en overal waar M. in het materiaal gebruikt wordt, hetzelfde metaal 15 a of mengsel van metalen is; M_. een metaal is met een valentie van 2, 3, 4 of 5; X tenminste één van de elementen 0, F, N, S, C en B voorstelt; m, r• (*. * Z is a number with a value of 1.0 - 2.2; K is a number.with a value: from 2.0 - 4.4; at least one metal with a valence of 1, 2, 3 , 4 or 5 and wherever M. is used in the material, the same metal is 15a or mixture of metals; M_. Is a metal with a valence of 2, 3, 4 or 5; X is at least one of the elements 0 , F, N, S, C and B represents m, r
p en n betrekking hebben op het aantal komponenten, dat M^, M_; en kunnen bevatten; F„ , F* , F’ of F de molfrakties zijn van Μ, , M. en Xp and n refer to the number of components that M ^, M_; and can contain; F „, F *, F“ or F are the mole fractions of Μ, M. and X.
1.3 i r 20 Γ”1.3 i r 20 Γ ”
en 0iS. sF* <1, behalve als M. Sn, Ti of Zr. is of als m *= 1 of als Xand 0iS. sF * <1, except if M. Sn, Ti or Zr. or if m * = 1 or if X
/ Mi . 1 r zuurstof is en K = 3, in welke gevallèn O < 1./ Mi. 1 r is oxygen and K = 3, in which cases O <1.
Als M. nikkel of kobalt, M. ijzer en X zuurstof voorstelt, is een i 3 r ' 25 representatieve verbinding {Ni* _Co _) (Fe cNi 0Co „)00 . Als M. naast de genoemde metalen ook zircoon bevat, is een voorbeeld van een verbinding; (Ni .CoA _Zr ) (Fe. ..Ni Co_ „) _0.. Als men het zircoon .vervangt door V/4 U;A Uf 4, „ U/ö O f éi \J f £» 6 4 tin, is een voorbeeld van een verbinding (Ni. .Co. 0Sn ) (Fe„ .Ni. _Co. _h- 0,4 0,2 0,4 0,6 0,2 0,2·^ .,0^. Zoals.reeds vermeld, kan men.volgens de uitvinding ook andere elementen 30 in plaats van of naast zuurstof gebruiken. Wanneer bijvoorbeeld en M_. · respektievelijk nikkei en ijzer zijn, kan men bijvoorbeeld naast zuurstof ook fluor toepassen om een metaal oxifluoride te vormen, bijvoorbeeld Ni(FeQ gNiQ 4^2°3F* Er ^ent worden opgemerkt, dat men andere metalen en andere elementen kan gebruiken om metaal oxysulfiden, -oxynitriden, 35 -oxycarbiden en -oxyboriden en dergelijke te vormen, die alle onder de uitvinding vallen. Hieronder volgt een aantal representatieve kombinatiever-bindingen volgens de uitvinding, welke verbindingen metalen bevatten, waarvan er tenminste twee in dergelijke kombinatieverbindingen gebruikt moeten worden; .*, · J l· 8105055......................When M. nickel or cobalt, M. iron and X represents oxygen, a representative compound is {Ni * _Co _) (Fe cNi OCo ·) 00. If M. also contains zircon in addition to the said metals, this is an example of a compound; (Ni .CoA _Zr) (Fe. ..Ni Co_ ") _0 .. If one replaces the zircon with V / 4 U; A Uf 4," U / ö O f éi \ J f £ »6 4 tin, is an example of a compound (Ni .Co. 0Sn) (Fe, .Ni., .Co., _h- 0.4 0.2 0.4 0.6 0.2 0.2 · ^., 0 ^. As Already mentioned, according to the invention, it is also possible to use other elements instead of or in addition to oxygen. For example, when M and M are respectively nickel and iron, it is possible, for example, to use fluorine in addition to oxygen to form a metal oxifluoride, for example Ni (FeQ gNiQ 4 ^ 2 ° 3F * It is noted that it is possible to use other metals and other elements to form metal oxysulfides, oxynitrides, oxycarbides and oxyborides, and the like, all of which are included in the invention. Following are a number of representative combination compounds of the invention, which compounds contain metals, at least two of which must be used in such combination compounds; *, · J l · 8105055 .............. ........
Ni(Fe^6Ni0/4)2O4; Ni(Fe0 .*)O3F; NiLiF^ at -4 V(Iitt0i8V0,2jo4; Nl05G°Q,95^2°47 £C^9Fe0/,lJ £Fe2*°47 • (Sn0.,8V0 ?2*Co2°4; C°(Co0/;05Fe0 ,95*2°47 £C°0*9Pe0„1*Fe2°47 £Ni0* ,5C°0 ,4Pe0. 1* Fe2°47 '.£Νΐ0 , 6^b0 / 4 * (Fe0, 6Nl0, 4 ? 2°4 7 5 (Nl0 ;,8Nb0 ,2* £Fe0, 6C°0,. 4* 2°47 (Nx0, 6Ta 0,4* £Fe0, 6G°0, 4* 2°4 7 (Nl0 -,6C°0 ,2Zr 0 ,2* (Fe0,· 8CoQ,2* 2°47 £Nl θ’. 6Hf 0,4* £Fe0, 6Nl0,; 4 * 2¾7 £l^X0 ,',4C°0; 2Hf C. 4 * £Fe0, 6Co0 ,4* 2°4; (Ni0 ,4Co0,2Zr0,,4} (Fe<V 6Coq,>4* 2°4 7 10 (Ni0 ,6Co0,lSn0,3J £F%JCoQ/v3* 2°47 (Ni0 16bX0 *lZr0*3* (Fe0^7N;L0 ,,3* 2°4 7 NlLi2F47.Ni (Fe ^ 6NiO4 / 4) 2O4; Ni (Fe0. *) O3F; NiLiF ^ at -4 V (Iitt0i8V0,2jo4; Nl05G ° Q, 95 ^ 2 ° 47 £ C ^ 9Fe0 /, lJ £ Fe2 * ° 47 • (Sn0., 8V0? 2 * Co2 ° 4; C ° (Co0 / ; 05Fe0.95 * 2 ° 47 £ C ° 0 * 9Pe0 „1 * Fe2 ° 47 £ Ni0 *, 5C ° 0.4Pe0. 1 * Fe2 ° 47 '. £ ,0.6 ^ b0 / 4 * (Fe0.6Nl0 .4? 2 ° 4 7 5 (Nl0;, 8Nb0, 2 * £ Fe0, 6C ° 0., 4 * 2 ° 47 (Nx0, 6Ta 0.4 * £ Fe0, 6G ° 0, 4 * 2 ° 4 7 (Nl0 -, 6C ° 0, 2Zr 0, 2 * (Fe0, 8CoQ, 2 * 2 ° 47 £ Nl θ '. 6Hf 0.4 * £ Fe0, 6Nl0 ,; 4 * 2¾7 £ l ^ X0,', 4C ° 0; 2Hf C. 4 * £ Fe0,6Co0,4 * 2 ° 4; (Ni0,4Co0,2Zr0,4,4} (Fe <V 6Coq,> 4 * 2 ° 4 7 10 (Ni0,6Co0,1Sn0 .3J £ F% JCoQ / v3 * 2 ° 47 (Ni0 16bX0 * 1Zr0 * 3 * (Fe0 ^ 7N; L0 ,, 3 * 2 ° 4 7 NlLi2F47.
(Ni0;7Co0/3)Ll2F47 ^0,6^0/,4^ (Fe0,/611¾.4}2°47‘ - {Ge0.,6C°0 -4^ (Fe0, 6C°0, 4* 2°4? £l^, 9GU0,1* £Fe0.6Nl0 4* 2°47 £Ni0 ,?6Zr0 .2^0.2* (Fe0,. 7Nl0 ,3}2°47 en ' ' ' 15 £Co0 i6Zr0 Λ’ £Pe0 ,.7Zn0,\3* 2°4 *(Ni0; 7Co0 / 3) L12F47 ^ 0.6 ^ 0 /, 4 ^ (Fe0, / 611¾.4} 2 ° 47 '- {Ge0., 6C ° 0 -4 ^ (Fe0, 6C ° 0.4 *) 2 ° 4? £ l ^, 9GU0,1 * £ Fe0.6Nl0 4 * 2 ° 47 £ Ni0,? 6Zr0 .2 ^ 0.2 * (Fe0, .7Nl0, 3} 2 ° 47 and '' '15 £ Co0 i6Zr0 £ '£ Pe0, .7Zn0, \ 3 * 2 ° 4 *
Br dient te worden opgemerkt, dat sommige van de verbindingen meer inert kunnen zijn ten opzichte van gesmolten metaalzouten dan andere en derhalve de voorkeur verdienen. Voorts is het duidelijk, dat slechts die 20 kombifiatie-metaalverbindingen, die tenminste een redelijke mate inertheid ten opzichte van gesmolten zouten bezitten, van belang zijn voor wat betreft hun toepassing voor inerte elektroden. Dat wil zeggen, dat verbindingen, die duidelijk geen voldoende mate van inertheid ten opzichte van gesmolten zout bezitten, niet geacht worden onder de uitvinding te vallen.It should be noted that some of the compounds may be more inert to molten metal salts than others and are therefore preferred. Furthermore, it is clear that only those 20 metal-compound compounds, which have at least a reasonable degree of inertness to molten salts, are important in their use for inert electrodes. That is, compounds which clearly do not have a sufficient degree of inertness to molten salt are not intended to be included in the invention.
25 Volgens een ander aspekt van de uitvinding kan men tenminste twee metalen of metaalverbindingen, bijvoorbeeld metaaloxiden, kombineren om een materiaal te verschaffen, dat een kombinafeie-metaaloxide bevat of is met de formule M(M' M ) 0 . Dat wil zeggen, dat na uitkiezen van de kora-According to another aspect of the invention, it is possible to combine at least two metals or metal compounds, for example metal oxides, to provide a material which contains or is a combination metal oxide of the formula M (M 'M) O. That is to say, that after selecting the kor-
Y ±-y z KY ± -y z K.
ponenten, zoals metalen of metaaloxiden, deze in zodanige hoeveelheden ge-30 kombineerd worden, dat men een samenstelling met deze formule verkrijgt.components, such as metals or metal oxides, which are combined in such amounts that a composition of this formula is obtained.
Voor de doeleinden van de uitvinding moet y een getal zijn met een waarde van minder dan een en groter dan nul. Het is een belangrijk aspekt van de uitvinding, dat men zich strikt aan deze grenzen moet houden. Dat wil zeggen het is van belang dat y kleiner is dan een. Gebleken is, dat een ver-35 kregen metaaloxidesamenstelling, waarin y = 1, tot een elektrodemateriaal leidde, dat weliswaar enige bestandheid tegen aantasting door een gesmolten bad, zoals bij de aluminiumbereiding gebruikt, bezat, maar algemeen een onaanvaardbaar niveau van bestandheid bezat. Materialen, die waren samengesteld en waarin y = 1, werden aangetast door het bad, bijvoorbeeld cryoliet 40 met daarin opgelost aluminiumoxide, wat uiteraard leidt tot een onaanvaard- ... 81 05 055 ____ V | - 6 - « '% bare mate van verontreiniging van het te produceren metaal, zodat dit weer gezuiverd moet worden, terwijl het ook nodig is de elektrode vaak te vervangen. Zo vermeldt bijvoorbeeld het Amerikaanse octrooischrift 3.960.678, dat anoden samengesteld uit Fe2^3 en SnC^ ZnO grote maten 5 van verontreiniging leiden, bijvoorbeeld Sn 0,80%, Fe 1,27%, Ni 0,45%,·For the purposes of the invention, y must be a number with a value of less than one and greater than zero. It is an important aspect of the invention that one must strictly adhere to these limits. That is, it is important that y is less than one. It has been found that an obtained metal oxide composition, in which y = 1, resulted in an electrode material which, while having some resistance to attack by a molten bath, as used in the aluminum preparation, generally had an unacceptable level of resistance. Materials, which were composed and in which y = 1, were attacked by the bath, for example cryolite 40 with aluminum oxide dissolved therein, which obviously leads to an unacceptable ... 81 05 055 ____ V | - 6 -% contamination of the metal to be produced, so that it has to be purified again, while it is also necessary to replace the electrode frequently. For example, U.S. Pat. No. 3,960,678 discloses that anodes composed of Fe2 ^ 3 and SnC ^ ZnO conduct large amounts of contamination, for example, Sn 0.80%, Fe 1.27%, Ni 0.45%,
Fe 1,20%, Zn 2,01%, Fe 2,01%, zodat dergelijke materialen ongeschikt werden geacht voor anoden wegens het probleem van de verontreinigingen en ook omdat de anoden verbruikt werden. Zo ziet men, dat dergelijke of overeenkomstige materialen vermeden moeten worden. Wanneer in de onderhavige for-10 mule y = O, dat geen geschikt elektrodemateriaal verkregen wordt.Zo dient volgens een voorkeursaspekt van de uitvinding de waarde van y geregeld te worden in het trajekt van ca. 0,1 - 0,9, waarbij een bijzonder geschikt trajekt ca. 0,3 - 0,7 is, in het bijzonder als de valentie van M een waarde heeft van 1, 2, 4 of 5 en M’ een metaal is met een valentie van 3. Als M 15 is samengesteld uit slechts twee metalen, dient het eveneens twee metalen over de gehele formule te bezitten. Er dient op gewezen te worden, dat M uit drie of meer metalen kan bestaan, maar in dergelijke gevallen behoeft M niet over de gehele samenstelling al deze metalen te bevatten.Fe 1.20%, Zn 2.01%, Fe 2.01%, so that such materials were considered unsuitable for anodes because of the problem of the impurities and also because the anodes were consumed. Thus it is seen that such or similar materials should be avoided. In the present formula, if y = O, that no suitable electrode material is obtained. Thus, according to a preferred aspect of the invention, the value of y should be controlled in the range of about 0.1-0.9, wherein a particularly suitable range is about 0.3 - 0.7, especially if the valence of M has a value of 1, 2, 4 or 5 and M 'is a metal with a valence of 3. When M 15 is composed from only two metals, it should also have two metals over the entire formula. It should be noted that M may consist of three or more metals, but in such cases M need not contain all of these metals over the entire composition.
De waarde van z dient in het trajekt van 1,0 - 2,2 te liggen. Verder 20 dient de waarde van K in het trajekt van 2 - 4,4 te liggen, waarbij een representatieve waarde in het trajekt van 3 - 4,1 ligt. Dit betekent, dat voor de doeleinden van de uitvinding M en M' volgens de principes van de uitvinding in niet-stoechiometrische hoeveelheden in het elektrodemateriaal worden toegepast.The value of z should be in the range of 1.0-2.2. Furthermore, the value of K should be in the range 2 - 4.4, with a representative value in the range 3 - 4.1. This means that for the purposes of the invention, M and M 'are used in the electrode material in non-stoichiometric amounts according to the principles of the invention.
25 Voor de doeleinden van de uitvinding in M een metaal met een valentie 1, 2, 3, 4 of 5 en M' een metaal met de valentie 2, 3, 4 of 5. Normaliter zijn volgens de uitvinding M en M' verschillende metalen, waarvan er hieronder enkele kombinaties als voorbeelden genoemd zijn.For the purposes of the invention in M a metal with a valence 1, 2, 3, 4 or 5 and M 'a metal with a valence 2, 3, 4 or 5. Normally according to the invention M and M' are different metals , of which some combinations are mentioned as examples below.
Hoewel in het met de formule M(M' M, ) O. gedefinieerde elektrode-Although in the electrode defined by the formula M (M 'M,) O.
y 1-y z Ky 1-y z K
30 materiaal in hoofdzaak melding is gemaakt van oxiden van dergelijke verbindingen, kan de zuurstofkomponent geheel of gedeeltelijk vervangen worden door fluor, stikstof, zwavel, koolstof of borium. Derhalve kan men gemakshalve het materiaal definiëren met de formule ^X^., waarbij X ten minste één van de zojuist genoemde bestanddelen kan zijn, met inbegrip van 35 zuurstof.Although material has been reported primarily in oxides of such compounds, the oxygen component may be replaced in whole or in part by fluorine, nitrogen, sulfur, carbon or boron. Therefore, one can conveniently define the material of the formula "X", where X can be at least one of the components just mentioned, including oxygen.
Binnen het raam van de uitvinding is het mogelijk het elektrodemateriaal zowel van metalen als van metaaloxiden af te leiden. Dat wil zeggen, dat metalen in aanmerking komen als bron van materiaal dat tot de samenstelling van de uitvinding leidt. Zo kunnen bijvoorbeeld M en M1 metalen 8105055 » ί > > - 7 - zijn, die geschikt zijn om een legering te vormen en waarvan de verhoudingen zo zijn, dat bij onderwerpen aan oxidatie tenminste aan het oppervlak een laag gevormd wordt, die bijvoorbeeld een samenstelling met de formuleWithin the scope of the invention it is possible to derive the electrode material from both metals and metal oxides. That is, metals are eligible as a source of material leading to the composition of the invention. For example, M and M1 may be metals 8105055 »ί>> - 7 - which are suitable for forming an alloy and the proportions of which are such that when subjected to oxidation a layer is formed at least on the surface, which is for example a composition with the formula
M(M' M, ) 0„ bevat of daaruit bestaat. Het is duidelijk, dat verdere y 1-y z KM (M 'M,) contains or consists of 0. It is clear that further y 1-y z K.
5 legeringselementen in de legering verschaft kunnen worden teneinde de eigenschappen van het verkregen oxide te modificeren. Verdere elementen kunnen worden toegevoegd om de elektrische geleidenheid of de bestandheid van het verkregen oxide tegen aantasting door het bad, bijvoorbeeld van gesmolten zout, te wijzigen.Alloying elements can be provided in the alloy to modify the properties of the resulting oxide. Additional elements can be added to change the electrical conductivity or the resistance of the resulting oxide to attack by the bath, for example, of molten salt.
10 Figuur 1 toont het effekt, dat verkregen kan worden wanneer men twee metaaloxiden kombineert tot een elektrodemateriaal volgens de uitvinding.Figure 1 shows the effect that can be obtained when two metal oxides are combined into an electrode material according to the invention.
Dit betekent, dat teneinde de materialen te verkrijgen, die geschikt zijn voor elektroden van de uitvinding, het nodig is om bij toepassing van twee metaaloxiden één van deze oxiden aanwezig te doen zijn in een overmaat ten 15 opzichte van de stoechiometrische hoeveelheid. Wanneer men twee metaaloxiden zoals ZnO en Fe„0 gebruikt, is de normale stoechiometrische vergelijking als volgt:This means that in order to obtain the materials suitable for electrodes of the invention, when using two metal oxides, it is necessary to have one of these oxides present in an excess of the stoichiometric amount. When using two metal oxides such as ZnO and Fe + 0, the normal stoichiometric equation is as follows:
Fe2°3 + Zn0 —^ ZnFe2°4 en de verkregen verbinding wordt beschouwd als stoechiometrisch evenwicht.Fe2 ° 3 + Zn0 - ^ ZnFe2 ° 4 and the resulting compound is considered as stoichiometric equilibrium.
20 De volgens een dergelijke vergelijking gevormde verbinding bezit een formule, die een spinel genoemd wordt en die weliswaar enige bestandheid vertoont voor een bad van bijvoorbeeld gesmolten zout, maar geen voldoende inertheid vertoont, zoals blijkt uit het Amerikaanse octrooischrift 3.960.678. Derhalve leidt het oplossen en het corroderen van een uit derge-25 lijk materiaal vervaardigde elektrode tot verontreiniging van het geproduceerde metaal en de noodzaak de elektrode vaak te vervangen, wat ekonomisch onbevredigend is, zoals hierboven reeds vermeld is. Wegens de moeilijkheden met stoechiometrische spinellen die twee metaaloxiden bevatten, ziet men dat deze het beste vermeden kunnen worden. Volgens de uitvinding is geble- 30 ken, dat samenstellingen met de formule M(M' M, ) 0„ een betere inertheidThe compound formed according to such a comparison has a formula called a spinel which, while exhibiting some resistance to a bath of, for example, molten salt, does not exhibit sufficient inertness, as can be seen from US Pat. No. 3,960,678. Therefore, dissolving and corroding an electrode made of such material leads to contamination of the metal produced and the need to replace the electrode frequently, which is economically unsatisfactory, as has already been stated above. Due to the difficulties with stoichiometric spinels containing two metal oxides, it is seen that they are best avoided. According to the invention, it has been found that compositions of the formula M (M 'M') 0 'have a better inertness
y 1-y z Ky 1-y z K
voor gesmolten zouten bezitten dan dergelijke spinellen. Zoals reeds vermeld, kan een materiaal volgens de uitvinding in het geval van metaaloxiden verkregen worden door één van de oxiden in overmaat te verschaffen, zoals blijkt uit figuur 1. In het geval van een systeem van Nio en Fe kan het 35 NiO of het in overmaat gehouden worden. Volgens een voor keur suitvoe- ringsvorm worden de komponenten gemengd volgens de gegeven algemene formule teneinde een mengsel te verschaffen, dat één van de komponenten in overmaat bevat tot aan de maximale oplosbaarheidsgrens voor de vaste oplossing, die voorgesteld wordt door de punten D of E in figuur 1.for molten salts then possess such spinels. As already mentioned, in the case of metal oxides, a material according to the invention can be obtained by providing one of the oxides in excess, as can be seen from Figure 1. In the case of a system of Nio and Fe, it can contain 35 NiO or the be kept in excess. In a preferred embodiment, the components are mixed according to the general formula given to provide a mixture containing one of the components in excess up to the maximum solubility limit for the solid solution represented by points D or E in figure 1.
81050558105055
I VIV
- 8 -- 8 -
Hoewel de uitvinding niet beperkt wordt door theoretische overwegingen, wordt aangenomen, dat het effekt van het in overmaat houden van één van de metaaloxiden ertoe leidt, dat de overmaat van de metaalatomen de andere metaalatomen in de roosterstruktuur verdringen. Als de in overmaat 5 aanwezige metaalatomen kleiner zijn dan die andere metaalatomen, is het resultaat een afname van de afstand tussen de atomen in de struktuur en zodoende een afname in de rooster parameter, zoals weergegeven door de lijn A-E in figuur 1. Het is duidelijk, dat in andere systemen het effekt kan zijn, dat de rooster parameter juist toeneemt door toepassing van een 10 overmaat van één van de oxiden. Dit effekt wordt verkregen, als de grootte van het in overmaat aanwezige metaalatoom groter is dan die van het andere atoom. Een toename in roosterafstand is weergegeven door de lijn A-D in . figuur 1. Opgemerkt wordt, dat het punt A in figuur 1 stoechiometrische *9 ^ evenwichtmengsel aangeeft, bijvoorbeeld strukturen van het spinel- of 15 perovskiettype.Although the invention is not limited by theoretical considerations, it is believed that the effect of keeping one of the metal oxides in excess will cause the excess of the metal atoms to displace the other metal atoms in the lattice structure. If the metal atoms present in excess 5 are smaller than those other metal atoms, the result is a decrease in the distance between the atoms in the structure and thus a decrease in the lattice parameter, as shown by the line AE in Figure 1. It is clear In other systems, it may be the effect that the lattice parameter increases just by using an excess of one of the oxides. This effect is obtained if the size of the excess metal atom is larger than that of the other atom. An increase in grid spacing is represented by line A-D in. Figure 1. It should be noted that point A in Figure 1 indicates stoichiometric equilibrium mixture, eg spinel or perovskite type structures.
Behalve het bovenstaande wordt aangenomen, dat slechts een zekere mate van substitutie van het ene atoom door het andere kan plaatsvinden om een samenstelling volgens de uitvinding te verschaffen. Deze grens is in figuur 1 weergegeven bij de punten D of E, afhankelijk van de vraag welk 20 metaal of metaaloxide men in overmaat ten opzichte van de stoechiometrische hoeveelheid toepast. De stippellijn van D of E naar respektievelijk B of C geeft de wijziging in roosterafstand aan, wanneer de substitutie zonder onderbreking doorging. Als geen verdere substitutie plaatsheeft, treedt er praktisch geen wijziging in roosterafstand op, zoals weergegeven door de 25 lijnen D-B' en E-C'.In addition to the above, it is believed that only a certain amount of substitution from one atom to another can take place to provide a composition of the invention. This limit is shown in Figure 1 at points D or E, depending on which metal or metal oxide is used in excess relative to the stoichiometric amount. The dotted line from D or E to B or C respectively indicates the change in lattice spacing when the substitution proceeded without interruption. If no further substitution takes place, there is practically no change in lattice spacing, as represented by the lines D-B 'and E-C'.
Uit figuur 1 blijkt, dat de lijnen A-D en A-E een samenstelling volgens de uitvinding voorstellen. Opgemerkt wordt, dat de lijnen D-B' en E-C' een verder materiaal voorstellen, bijvoorbeeld een metaaloxide, dat in het mengsel aanwezig kan zijn. Zodoende wordt volgens een ander aspekt van de 30 uitvinding een samenstelling verschaft met een eerste deel of fase met deIt can be seen from figure 1 that the lines A-D and A-E represent a composition according to the invention. It is noted that the lines D-B 'and E-C' represent a further material, for example a metal oxide, which may be present in the mixture. Thus, according to another aspect of the invention, a composition is provided with a first part or phase with the
formule M(M' M, ) 0„ als hierboven gedefinieerd en een tweede deel of fase y 1-y z Kformula M (M 'M,) 0' as defined above and a second part or phase y 1-y z K
van een materiaal, dat in hoofdzaak uit metaaloxide bestaat, bijvoorbeeld als weergegeven in figuur 3. Bij voorkeur worden bij dit aspekt van de uitvinding de bestanddelen volgens de formule gemengd, teneinde een samen-35 stelling te verkrijgen, waarin één van de komponenten in overmaat aanwezig is ten opzichte van de maximale oplosbaarheidsgrens voor vaste oplossing.of a material consisting essentially of metal oxide, for example as shown in Figure 3. Preferably, in this aspect of the invention, the components of the formula are mixed to obtain a composition in which one of the components is in excess is present relative to the maximum solubility limit for solid solution.
Uit figuur is duidelijk, dat een dergelijke grens voorgesteld wordt door het punt D of E. Bovendien toont figuur 3 een samenstelling volgens de formule, waarin één van de komponenten in overmaat verschaft is ten opzichte 8105055 * f - 9 - van de maximale oplosbaarheidsgrens voor de vaste oplossing. Wanneer men metaaloxiden gebruikt om het elektrodemateriaal te verschaffen en de gebruikte hoeveelheid metaaloxide is een overmaat ten opzichte van die, welke nodig is voor substitutie of een overmaat ten opzichte van de maximale op-5 losbaarheidsgrens voor vaste oplossing, kan de kombinatie voorgesteld worden met de formule M(M' Mn ) 0 + MO, waarin de verschillende symbolen in deIt is clear from the figure that such a limit is represented by the point D or E. In addition, Figure 3 shows a composition according to the formula, in which one of the components is provided in excess relative to 8105055 * f - 9 - of the maximum solubility limit for the solid solution. When using metal oxides to provide the electrode material and the amount of metal oxide used is an excess over that needed for substitution or an excess over the maximum solubility limit for solid solution, the combination can be represented with the formula M (M 'Mn) 0 + MO, where the different symbols in the
y 1-y z Ky 1-y z K
formule hierboven gedefinieerd zijn en MO de tweede fase voorstelt. Als het materiaal van de elektrode vervaardigd wordt uit twee metaaloxiden, dan verdient het de voorkeur, dat de tweede fase tenminste het metaaloxide 10 in overmaat bevat.formula are defined above and MO represents the second phase. If the electrode material is made of two metal oxides, it is preferred that the second phase contain at least the metal oxide 10 in excess.
Figuur 3 is een mikrofoto van een elektrodemateriaal volgens de uitvinding met een vergroting van 400x. Bij onderzoek van figuur 3 ziet men, dat er verschillende fasen aanwezig zijn. Een als eerste fase aangeduide fase heeft een samenstelling volgens de formule van de uitvinding. Dat 15 betekent, dat de eerste fase in de mikrofoto, die weergegeven is in de in hoofdzaak grijze gebieden, een samenstelling heeft, die gedefinieerd wordt door de formule M(M' M, ) O,,. De tweede fase, die als donkergrijze gebieden te zien is, stelt het materiaal voor, dat in overmaat aanwezig is ten opzichte van de hoeveelheid, waarmee substitutie in de roosterstruk-20 tuur nog mogelijk is. Dat wil zeggen, dat de donkere gebieden van de tweede fase voorgesteld worden door de lijn D-B' of E-C' van figuur 1. De donkerste gebieden in de mikrofoto stellen holten in het materiaal voor.Figure 3 is a micrograph of an electrode material according to the invention at 400x magnification. An examination of figure 3 shows that different phases are present. A phase designated as a first phase has a composition according to the formula of the invention. That means that the first phase in the micrograph shown in the substantially gray areas has a composition defined by the formula M (M 'M') O '. The second phase, which can be seen as dark gray areas, represents the material that is present in excess of the amount with which substitution in the grid pressure is still possible. That is, the dark areas of the second phase are represented by the line D-B 'or E-C' of Figure 1. The darkest areas in the micrograph represent voids in the material.
Het in figuur 3 weergegeven materiaal werd samengesteld uit NiO en Fe20^, waarbij 51,7 gew.% NiO gemengd werd met 48,3 gew.% Fe^O^ onder verschaffing 25 van een materiaal, dat in hoofdzaak bestond uit Ni (Fe „Ni. _) O , waar- O// j Z, 4 bij het NiO aanwezig was in een overmaat van ca. 20 gew.% ten opzichte van de stoechiometrische hoeveelheid.The material shown in Figure 3 was composed of NiO and Fe 2 O 4, with 51.7 wt% NiO mixed with 48.3 wt% Fe 2 O 2 to give a material consisting essentially of Ni (Fe "Ni.) O, where O / J Z.4 was present in the NiO in an excess of about 20% by weight relative to the stoichiometric amount.
De genoemde samenstellingen zijn belangrijke uitvoeringsvormen van de uitvinding. Dat wil zeggen, dat de genoemde samenstellingen van belang zijn, 30 aangezien als een tweede fase aanwezig is, deze zorgvuldig gekozen moet worden om de eigenschappen van het materiaal niet nadelig te beïnvloeden.The said compositions are important embodiments of the invention. That is, said compositions are important, since if a second phase is present it must be carefully chosen so as not to adversely affect the properties of the material.
Het is van belang, dat de eerste fase het grootste deel van de samenstelling vormt en de tweede fase een kleiner deel. Uit figuur 1 is te zien, dat het percentage overmaat van het materiaal, bijvoorbeeld metaaloxide, de 35 hoeveelheid van het tweede deel kan bepalen.It is important that the first phase forms the major part of the composition and the second phase a smaller part. It can be seen from Figure 1 that the percentage of excess of the material, for example metal oxide, can determine the amount of the second part.
Als het elektrodemengsel samengesteld is uit een eerste en tweede fase, zoals hierboven besproken, is het van belang, dat het metaaloxide, dat verschaft wordt om het kleinste deel te vormen, met zorg gekozen wordt. Het is gebleken, dat betere resultaten verkregen kunnen worden, als de tweede fase 40 een roosterstruktuur bezit, die verenigbaar is met de eerste fase.When the electrode mixture is composed of a first and second phase, as discussed above, it is important that the metal oxide provided to form the smallest part is carefully selected. It has been found that better results can be obtained if the second phase 40 has a grid structure compatible with the first phase.
81050558105055
v 'Wv 'W
- 10 - * t- 10 - * t
In het materiaal, dat de bovengenoemde formules bezit, dient ML tenminste één van de metalen Ni, Sn, Zr, Zn, Co, Mn, Ti, Nb, Ta, Li, Fe en Hf te zijn. M kan ook een metaal van deze lijst zijn. Als Ni en een vierwaardig metaal, zoals Sn, Ti of Zr, bevat, is m ^ 3. dient tenminste 5 één van de metalen Fe, V, Cr, Mn, Al, Nb, Ta, Zr, Sn, Zn, Co, Ni, Hf of Y te zijn en M' kan ook een metaal van deze lijst zijn. Bij voorkeur wordt het materiaal samengesteld uit tenminste twee metaaloxiden van deze metalen. Een voorkeursmateriaal wordt samengesteld uit NiO en Fe„0 . Een represen-In the material having the above formulas, ML should be at least one of the metals Ni, Sn, Zr, Zn, Co, Mn, Ti, Nb, Ta, Li, Fe, and Hf. M can also be a metal from this list. If Ni contains a tetravalent metal, such as Sn, Ti or Zr, m ^ 3, at least one of the metals is Fe, V, Cr, Mn, Al, Nb, Ta, Zr, Sn, Zn, Co, Ni, Hf or Y and M 'may also be a metal of this list. Preferably, the material is composed of at least two metal oxides of these metals. A preferred material is composed of NiO and Fe 2 O. A representative
u Ju J
tatief materiaal verkregen door toepassing van NiO en Fe o, is 10 Ni(Fey_0^yNiy,_o 3)2°4 of gFej 4°4· In het systeem van NiO en Fe^^ kan y een waarde hebben van 0,2 - 0,95 en y' een waarde van 0,05 - 0,80.tative material obtained by using NiO and Fe o, 10 Ni (Fey_0 ^ yNiy, _o 3) 2 ° 4 or gFej 4 ° 4 · In the system of NiO and Fe ^^, y can have a value of 0.2 - 0.95 and y 'a value of 0.05-0.80.
Als andere materialen die volgens de uitvinding samengesteld kunnen worden, zijn te noemen Co (Fe Co , .) „O , waarvoor de uitgangsbestanddelen y-ofd y su/424As other materials which can be formulated according to the invention are to be mentioned Co (Fe Co,.) O for which the starting components are y-ofd y su / 424
Co304 en Fe^O^ zijn. In het systeem van Co^O^ en Fe203 kan Y een waarde 15 hebben van 0,4 - 0,95 en y' van 0,05 - 0,80. Bovendien kan ook een drie-komponentensysteem gebruikt worden, wat in zekere mate afhangt van de voor het uiteindelijke materiaal gewenste eigenschappen. Zo kan men bijvoorbeeld volgens de uitvinding Fe203, NiO en c°30j kombineren. Ook kan men Fe2C>3,Co304 and Fe 2 O 3 are. In the system of Co2 O2 and Fe2 O3, Y may have a value of 0.4-0.95 and y '0.05-0.80. In addition, a three-component system can also be used, which depends to some extent on the properties desired for the final material. For example, according to the invention it is possible to combine Fe 2 O 3, NiO and C 30 J. Also Fe2C> 3,
Sn02 en Co^^ kombineren tot een waardevol materiaal. Uit het bovenstaande 20 is duidelijk, dat binnen het raam van de uitvinding ook andere kombinaties uitgevoerd kunnen worden.Sn02 and Co ^^ combine into a valuable material. It is clear from the above that other combinations can also be carried out within the scope of the invention.
Voor wat betreft elektroden, die van een materiaal volgens de uitvinding vervaardigd zijn, dient erop gewezen te worden, dat er wisselende maten van inertheid kunnen bestaan. Dat wil zeggen, dat inertheid in één 25 opzicht gedefinieerd kan worden aan de hand van het te produceren metaal. Wanneer bijvoorbeeld zelfs de fysische afmetingen van een elektrode niet aanmerkelijk gewijzigd worden, kan deze toch nog beschouwd worden geen inertheid te bezitten, als het geproduceerde metaal een onredelijke hoeveelheid verontreinigingen bevat. In het geval van aluminium dient de 30 handelskwaliteit ca. 99,5 gew.% aluminium te bevatten en voor het overige verontreinigingen. Ten opzichte van aluminium wordt een inerte elektrode derhalve gedefinieerd als een elektrode, die in staat is om een produkt met een gehalte van 99,5 gew.% en voor de rest verontreinigingen te vormen.With regard to electrodes made of a material according to the invention, it should be noted that varying degrees of inertness may exist. That is, inertness can be defined in one respect by the metal to be produced. For example, even if the physical dimensions of an electrode are not significantly changed, it can still be considered to have no inertness if the metal produced contains an unreasonable amount of impurities. In the case of aluminum, the commercial quality should contain about 99.5% by weight of aluminum and the rest impurities. Thus, with respect to aluminum, an inert electrode is defined as an electrode capable of forming a product with a content of 99.5% by weight and the remainder impurities.
Men kan op zichzelf bekende keramische vervaardigingsmethoden toepas-35 sen om elektroden volgens de uitvinding te vervaardigen.Known ceramic manufacturing methods can be used to manufacture electrodes according to the invention.
Het elektrodemateriaal van de uitvinding is bijzonder geschikt voor toepassing als anode in een cel voor de produktie van aluminium. Volgens een voorkeursaspekt is het materiaal bijzonder geschikt als anode voor een Hall-cel bij de bereiding van aluminium. Dat wil zeggen, dat als de anode 8105055 - 11 - gebruikt wordt, het gebleken is, dat hij een zeer grote bestandheid bezit ten opzichte van het in een Hall-cel gebruikt bad. Zo is het elektrode- materiaal bijvoorbeeld bestand gebleken tegen aantasting door elektrolyt- baden van het kryoliettype (Na AlF ), wanneer men deze bij temperaturen van 3 o 5 omstreeks 970°C liet werken. In representatieve gevallen bezitten dergelijke baden een gewichtsverhouding tussen NaF en A'lF^ van ca. 1,1 : 1 tot 1,3 ; 1. Ook is gebleken, dat de elektrode een uitmuntende bestandheid bezit tegen baden van het kryoliettype bij lagere temperatuur, waarbij de NaF/AlF^ verhouding 0,5 : 1 tot 1,1 : 1 kan bedragen. Deze baden kan men in representa-10 tieve gevallen bij temperaturen van ca. 800° - 850°C laten werken. Hoewel een dergelijk bad uitsluitend uit A^O^/ NaF en AlF^ kan bestaan, is het mogelijk in het bad tenminste één halogenideverbinding van de alkali- en aardalkalimetaalverbindingen (afgezien van natrium) op te nemen in een doelmatige hoeveelheid cm de bedrijfstemperatuur te verlagen. Geschikte 15 alkali- en aardalkalimetaalhalogeniden zijn LiF, CaF^ en MgF^. Volgens een uitvoeringsvorm kan het bad LiF in een hoeveelheid van 1-15% bevatten.The electrode material of the invention is particularly suitable for use as an anode in a cell for the production of aluminum. According to a preferred aspect, the material is particularly suitable as an anode for a Hall cell in the production of aluminum. That is, when the anode 8105055-11 is used, it has been found to have a very high resistance to the bath used in a Hall cell. For example, the electrode material has been shown to resist attack by cryolite-type (Na AlF) electrolyte baths when operated at temperatures of 3-5 ° C around 970 ° C. Typically, such baths have a weight ratio between NaF and AlF 1 of about 1.1: 1 to 1.3; 1. It has also been found that the electrode has excellent resistance to cryolite type baths at a lower temperature, the NaF / AlF ratio being from 0.5: 1 to 1.1: 1. These baths can in representative cases be operated at temperatures of about 800 ° - 850 ° C. Although such a bath may consist exclusively of A 2 O 2 / NaF and AlF 2, it is possible to include in the bath at least one halide compound of the alkali and alkaline earth metal compounds (other than sodium) in an effective amount to lower the operating temperature . Suitable alkali and alkaline earth metal halides are LiF, CaF 2 and MgF 2. In one embodiment, the bath can contain LiF in an amount of 1-15%.
Een cel van het type, waarin anoden met samenstellingen volgens de uitvinding onderzocht werden, is weergegeven in figuur 2. In figuur 2 ziet men een kroes 10 met aluminiumoxide in een beschermende kroes 20. In de 20 kroes 10 is het bad 30 aangebracht en in het bad bevindt zich een kathode 40. Een anode 50 met een inerte elektrode bevindt zich eveneens in het bad. Het orgaan 60 is weergegeven voor het toevoeren van aluminiumoxide aan het bad. De anode-kathodeafstand is weergegeven met 70. Het tijdens een proef geproduceerde metaal 80 is weergegeven op de kathode en op de bodem van 25 de cel.A cell of the type in which anodes having compositions according to the invention were tested is shown in Figure 2. Figure 2 shows an aluminum oxide crucible 10 in a protective crucible 20. In the crucible 10, the bath 30 is arranged and the bath contains a cathode 40. An anode 50 with an inert electrode is also located in the bath. The member 60 is shown for supplying alumina to the bath. The anode-cathode distance is shown at 70. The metal 80 produced in a test is shown at the cathode and at the bottom of the cell.
In bepaalde gevallen kan het gewenst zijn een keramisch materiaal van de uitvinding als bekleding toe te passen. Zo kan bijvoorbeeld bij toepassing voor bipolaire elektroden de elektrode van de uitvinding een samenstel zijn, waarbij de kathodezijde vervaardigd is uit koolstof of 30 titaandiboride of dergelijke en van de anodezijde (die uit het keramische materiaal van de uitvinding vervaardigd is) gescheiden is door een sterker geleidend metaal, bijvoorbeeld nikkel, nikkel-ijzerlegeringen, nikkel-chroomlegeringen of roestvaste staalsoorten. Wanneer een dergelijke rangschikking wordt toegepast, kan het gewenst zijn de einden van een derge-35 lijke samengestelde elektrode te beschermen met een inert niet-geleidend materiaal, bijvoorbeeld siliciumnitride, siliciumoxynitride, boriumnitride, silicium-aluminiumoxynitride e.d. Het is duidelijk, dat in de samengestelde elektrode tussenlagen kunnen worden toegepast van andere metalen of materialen, bijvoorbeeld koper, kobalt, platina, indium, molybdeen of 40 carbiden, nitriden, boriden en silicaten.In some instances, it may be desirable to use a ceramic material of the invention as a coating. For example, when used for bipolar electrodes, the electrode of the invention may be an assembly, the cathode side being made of carbon or titanium diboride or the like and separated from the anode side (which is made of the ceramic material of the invention) by a stronger conductive metal, for example nickel, nickel-iron alloys, nickel-chromium alloys or stainless steels. When such an arrangement is used, it may be desirable to protect the ends of such a composite electrode with an inert non-conductive material, for example, silicon nitride, silicon oxynitride, boron nitride, silicon aluminum oxynitride, etc. It is clear that in the composite electrode interlayers can be used of other metals or materials, for example copper, cobalt, platinum, indium, molybdenum or 40 carbides, nitrides, borides and silicates.
81050558105055
' I"I
- 12 -- 12 -
Ook kan men in elektrolytische cellen, zoals Hall-cellen bekledingen van het materiaal van de uitvinding aanbrengen op sterk geleidende organen, die dan als anode toegepast kunnen worden. Zo kan bijvoorbeeld een materiaal volgens de bovenbeschreven formules door sproeien, bijvoorbeeld plasma-5 sproeien, aangebracht worden op het geleidende orgaan om een bekleding of deklaag daarop te vormen. Deze uitvoeringsvorm kan het voordeel hebben, dat de lengte van het weerstandspad tussen het sterk geleidende orgaan en het als elektrolyt dienende gesmolten zout verminderd wordt, zodat de totale weerstand van de cel aanzienlijk verlaagd wordt. Als sterk geleidende or-10 ganen, die bij deze uitvoeringsvorm toegepast kunnen worden, zijn te noemen metalen, zoals roestvaste staalsoorten, nikkel, ijzer-nikkellegeringen, koper e.d., waarvan de bestandheid tegen aantasting door als elektrolyt gebruikt gesmolten zout nog als onvoldoende te beschouwen zijn, maar waarvan de geleidende eigenschappen als uiterst gewenst te beschouwen zijn.In electrolytic cells, such as Hall cells, coatings of the material of the invention can also be applied to highly conductive members, which can then be used as an anode. For example, a material of the formulas described above can be applied by spraying, for example, plasma spraying, to the conductive member to form a coating or coating thereon. This embodiment can have the advantage that the length of the resistance path between the highly conductive member and the molten salt serving as the electrolyte is reduced, so that the overall resistance of the cell is significantly reduced. As highly conductive organs which can be used in this embodiment are mentioned metals, such as stainless steels, nickel, iron-nickel alloys, copper, etc., whose resistance to attack by molten salt used as electrolyte is still to be regarded as insufficient. but whose conductive properties are considered to be highly desirable.
15 Als andere sterk geleidende organen, waarop het materiaal van de uitvinding kan worden aangebracht, zijn in het algemeen te noemen gesinterde materialen van hittebestendige harde metalen, met inbegrip van koolstof en grafiet.As other highly conductive members to which the material of the invention can be applied are generally mentioned sintered materials of heat-resistant hard metals, including carbon and graphite.
De dikte van de op het geleidende orgaan aangebrachte deklaag dient voldoende te zijn om dit orgaan tegen aantasting te beschermen en toch vol- 20 doende dun gehouden te worden om een ongewenst hoge weerstand te vermijden bij het doorvoeren van elektrische stroom. De geleidendheid van de deklaag -1 -1 dient tenminste 0,01 'cm te bedragen.The thickness of the coating applied to the conductive member should be sufficient to protect this member from attack and yet be kept sufficiently thin to avoid an undesirably high resistance when conducting electric current. The conductivity of the coating -1 -1 should be at least 0.01 cm.
Volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding is gebleken, dat de geleidendheid van het hierboven gedefinieerde elektrodemateriaal aanzien-25 lijk verhoogd kan worden door tenminste één van de metalen Co, Fe, Ni, Cu, Pt, Eh, In, Ir of legeringen daarvan daarin te verschaffen of te dispergeren. Als het metaal in het elektrodemateriaal verschaft wordt, dient de hoeveelheid daarvan niet meer dan 30 volume % metaal te bedragen, terwijl de rest het bovengenoemde materiaal is. Volgens de voorkeursuitvoeringsvorm kan de 30 hoeveelheid in het materiaal opgenomen metaal ca. 0,1 - 25 volume % bedragen en geschikte hoeveelheden liggen in het trajekt van 1 tot ca. 20 volume %.According to another embodiment of the invention, it has been found that the conductivity of the above-defined electrode material can be significantly increased by at least one of the metals Co, Fe, Ni, Cu, Pt, Eh, In, Ir or alloys thereof therein to provide or disperse. When the metal is provided in the electrode material, the amount thereof should not exceed 30 volume% metal, the remainder being the above material. According to the preferred embodiment, the amount of metal incorporated in the material can be about 0.1-25 volume% and suitable amounts range from 1 to about 20 volume%.
Wanneer men het elektrodemateriaal samenstelt uit NiO en Fe^O^/ is nikkel een bijzonder geschikt metaal om in het materiaal te dispergeren.When the electrode material is composed of NiO and Fe 2 O 3, nickel is a particularly suitable metal to disperse in the material.
In het systeem van NiO en kan nikkel aanwezig zijn in een hoeveelheid 35 van ca. 5 - 30 gew.%, bij voorkeur 5-15 gew.%. Het is gebleken, dat de toevoeging van nikkel daaraan de geleidendheid van het materiaal tot zelfs het dertigvoudige kan verhogen.In the NiO and nickel system, nickel may be present in an amount of about 5-30% by weight, preferably 5-15% by weight. It has been found that the addition of nickel to it can increase the conductivity of the material by up to thirty times.
Metalen, die aan het elektrodemateriaal kunnen worden toegevoegd, dienen gunstige effekten te hebben op de geleidendheid en anderzijds het mate-40 riaal niet ongunstig te beïnvloeden voor wat betreft de bestandheid tegen 8105055 * f - 13 - gesmolten zouten of het bad. Metalen met deze eigenschappen zijn die, welke gewoonlijk bij de bedrijfstemperaturen niet preferentieel geoxideerd worden ten opzichte van het materiaal van de elektrode of het keramische materiaal.Metals that can be added to the electrode material should have favorable effects on conductivity and, on the other hand, should not adversely affect the material in terms of its resistance to molten salts or the bath. Metals with these properties are those which are normally not preferentially oxidized at the operating temperatures relative to the electrode material or ceramic material.
Er dient te worden opgemerkt, dat om de geleidendheid van het in het 5 elektrodemateriaal opgenomen metaal te optimaliseren het van belang is de hoeveelheid oxide, waarvan de vorming op het metaal tijdens de vervaardiging wordt toegelaten, zo gering mogelijk wordt gehouden. Dat wil zeggen, dat er gevonden is, dat het metaal tijdens het samenstellen van het elektrodemateriaal en het metaal de neiging heeft te oxideren. Dit kan de geleidend-10 heid storen en kan dus het beste vermeden worden. De neiging tot oxidatie is bijvoorbeeld waargenomen in het systeem van Nio en wanneer nikkel werd toegevoegd.It should be noted that in order to optimize the conductivity of the metal contained in the electrode material, it is important to minimize the amount of oxide the formation of which is permitted on the metal during manufacture. That is, it has been found that the metal tends to oxidize during the assembly of the electrode material and the metal. This can interfere with the conductivity and is therefore best avoided. The tendency to oxidation has been observed, for example, in the Nio system and when nickel was added.
Voor het kombineren van het elektrodemateriaal en metaal wordt volgens een geschikte werkwijze het elektrodemateriaal, dat bijvoorbeeld verkregen 15 is door kombinatie van Nio en Fe^O^, fijngemaakt tot een deeltjesgrootte van 37 - 700 pm, terwijl het metaal, bijvoorbeeld poedervormig nikkel of koper, verschaft wordt in een deeltjesgrootte van 37 - 150 pm. Gevonden werd, dat het poedervormige metaal vóór het kombineren behandeld dient te worden met een bindmiddel, bijvoorbeeld carbowax. Deze behandeling dient 20 zodanig te zijn, dat de deeltjes van het poedervormige nikkel in hoofdzaak bekleed worden met een waslaag. Bij mengen hecht het gemalen elektrodemateriaal aan de carbowax, waardoor een laag on de metaaldeeltjes wordt gevormd, waarvan wordt aangenomen, dat deze voorkomt dat de metaaldeeltjes tijdens de vervaardigingsstappen, zoals sinteren, geoxideerd worden. In een 25 representatief geval worden het elektrodemateriaal en het toe te voegen poedervormige metaal of metaalverbinding met elkaar gemengd, onder een druk van ca. 275.790 kPa geperst en bij ca. 1300°C gesinterd.In order to combine the electrode material and metal, the electrode material obtained, for example, by combining N 10 and Fe 2 O 3, is comminuted to a particle size of 37-700 µm, while the metal, for example powdered nickel or copper, is pulverized , is provided in a particle size of 37 - 150 µm. It has been found that the powdered metal should be treated with a binder, for example, carbowax, before combining. This treatment should be such that the particles of the powdery nickel are mainly coated with a wax layer. Upon mixing, the ground electrode material adheres to the carbowax, thereby forming a layer on the metal particles, which are believed to prevent the metal particles from being oxidized during the manufacturing steps, such as sintering. In a representative case, the electrode material and the powdered metal or metal compound to be added are mixed together, pressed under a pressure of about 275,790 kPa and sintered at about 1300 ° C.
Hoewel koper hierboven vermeld is als geschikt voor het sterk verhogen van de geleidendheid van elektrodematerialen, is gebleken, dat koper uiterst 30 nuttig is als sinterhulpmiddel in materialen voor inerte elektroden, zoals die van de uitvinding. Dat wil zeggen, dat gebleken is, dat koper zowel de geleidendheid sterk verhoogt als de dichtheid van het elektrodemateriaal van de uitvinding. De toepassing van poedervormige koper met een deeltjesgrootte van ten hoogste 1,68 mm en bij voorkeur ten hoogste 0,15 mm kan de dicht-35 heid van een inert elektrodemateriaal aanzienlijk verhogen. Zo werd bijvoorbeeld de dichtheid van het in figuur 3 weergegeven elektrodemateriaal ver-3 3 hoogd van 4,6 g/cm tot 5,25 g/cm , een dichtheids toename van 14%.Although copper has been mentioned above as suitable for greatly increasing the conductivity of electrode materials, copper has been found to be extremely useful as a sintering aid in inert electrode materials such as that of the invention. That is, it has been found that copper greatly increases both the conductivity and the density of the electrode material of the invention. The use of powdered copper with a particle size of at most 1.68 mm and preferably at most 0.15 mm can considerably increase the density of an inert electrode material. For example, the density of the electrode material shown in Figure 3 was increased from 4.6 g / cm to 5.25 g / cm, a density increase of 14%.
Behalve de aanmerkelijke toename in dichtheid werd gevonden, dat de toepassing van poedervormig koper in inerte elektrodematerialen het effekt 8105055 • t - 14 - heeft praktisch alle holten daarin uit te schakelen. Dat betekent, dat de toepassing van poedervormig koper in inerte elektrodematerialen ertoe leidt, dat een dergelijk materiaal praktisch holtevrij is. Het uitschakelen van holten ofwel het verschaffen van een praktisch holtevrije inerte elektrode 5 is van belang, aangezien hierdoor het voordeel verkregen kan worden, dat het vermogen van de elektrode om weerstand te bieden aan de sterk corrosieve omgeving in een elektrolytische cel sterk verhoogd wordt. Dit resultaat wordt verkregen door plaatsen of holten, waarnaar het bad, bijvoorbeeld elektrolyt met daarin opgelost metaaloxide, kan migreren, praktisch 10 uit te schakelen. De mate van het uitschakelen van holten is te zien door vergelijking van figuur 3 (hierboven reeds genoemd) met figuur 4, waarin koper is weergegeven als een afzonderlijke, wit gekleurde fase. Het in figuur weergegeven elektrodemateriaal (vergroting 400x) werd uit dezelfde materialen en met praktisch dezelfde werkwijze vervaardigd als in figuur 15 3, behalve dat poedervormig koper, dat werd doorgelaten door een zeef met een deeltjesgrootte van 149 pn, werd toegevoegd. Het poedervormige poeder werd toegevoegd in een hoeveelheid van 5 gew.% van het in figuur 4 weergegeven materiaal. Poedervormig koper kan zelfs 30 gew.% van een elektrodemateriaal uitmaken; bij voorkeur dient het kopergehalte echter in het 20 trajekt van 0,5 - 20 gew.% te liggen. Opgemerkt wordt, dat Βϊ,,Ο^ 611 V2°5 eveneens gebruikt kunnen worden om de dichtheid van inerte elektrodematerialen op dezelfde wijze te verhogen als koper, maar dat deze materialen minder de voorkeur verdienen, omdat geen van deze verbindingen de ge-leidendheid aanmerkelijk verbeteren. Evenzo kan de bovenbeschreven toe-25 voeging van nikkel worden toegepast, maar ook dit verdient minder de voorkeur, aangezien nikkel de verdichting niet aanmerkelijk blijkt te bevorderen. Uiteraard is het duidelijk, dat kombinaties van nikkel, koper, Bi2°3 en gebruikt kunnen worden om verdichte inerte elektrodematerialen te verschaffen met een grote mate van geleidendheid, welke materialen prak-30 tisch vrij zijn van holten.In addition to the marked increase in density, it has been found that the use of powdered copper in inert electrode materials has the effect of eliminating virtually all voids therein. This means that the use of powdered copper in inert electrode materials means that such a material is practically void-free. The elimination of voids or the provision of a practically void-free inert electrode 5 is important, since this can provide the advantage that the electrode's ability to resist the highly corrosive environment in an electrolytic cell is greatly increased. This result is obtained by practically eliminating places or cavities to which the bath, for example electrolyte with metal oxide dissolved therein, can migrate. The degree of voiding of voids can be seen by comparing Figure 3 (already mentioned above) with Figure 4, showing copper as a separate white colored phase. The electrode material shown in figure 400 (magnification 400x) was made from the same materials and by practically the same method as in figure 3, except that powdered copper, which was passed through a 149 µm particle size screen, was added. The powdered powder was added in an amount of 5% by weight of the material shown in Figure 4. Powdered copper can even make up 30% by weight of an electrode material; however, the copper content should preferably be in the range of 0.5 - 20% by weight. It should be noted that 6 ,, Ο ^ 611 V2 ° 5 can also be used to increase the density of inert electrode materials in the same way as copper, but these materials are less preferred because none of these compounds significantly reduce conductivity. improve. Likewise, the above-described addition of nickel can be used, but this is also less preferred, since nickel does not appear to significantly promote compaction. Obviously, combinations of nickel, copper, Bi2 ° 3 and can be used to provide densified inert electrode materials with a high degree of conductivity, which materials are practically void free.
De onderstaande voorbeelden lichten de uitvinding nader toe.The examples below illustrate the invention in more detail.
VOORBEELD IEXAMPLE I
Fe20^ met een zodanige deeltjesgrootte, dat het werd doorgelaten door een zeef met openingen van 149 pa, werd eerst verhit om vocht te verwijderen. 35 Daarna mengde men 58 g van het gedroogde Fe20^ met 62 g NiO, dat eveneens - werd doorgelaten door een zeef met mazen van 149 pn. Het mengen werd gedurende ca. een half uur uitgevoerd. Na het mengen werd de kombinatie van oxiden in een vorm bij kamertemperatuur onder een druk van 17.237 kPa geperst tot een staafvormige elektrode met een dichtheid van ca. 4,0 g/cm^.Fe2O4 having a particle size such that it was passed through a 149 Pa aperture sieve was first heated to remove moisture. Then 58 g of the dried Fe 2 O 4 was mixed with 62 g of NiO, which was also passed through a 149 µm mesh sieve. Mixing was carried out for about half an hour. After mixing, the combination of oxides was pressed in a mold at room temperature under a pressure of 17,237 kPa into a rod-shaped electrode with a density of about 4.0 g / cm 2.
8105055 - 15 - * t8105055 - 15 - * t
De staaf werd gedurende 16 uren aan de lucht bij een temperatuur van 1125°C gesinterd. Daarna werd de gesinterde staaf fijngemaakt tot een zodanige deeltjesgrootte, dat het poeder werd doorgelaten door een zeef met openingen van 149 pa en opnieuw onder een druk van 17.237 kPa geperst en 5 bij 1400°C gesinterd. Men verkreeg een staafvormige elektrode met een 3 dichtheid van ca. 4,6 g/cm .The rod was sintered in air at a temperature of 1125 ° C for 16 hours. The sintered rod was then comminuted to such a particle size that the powder was passed through a 149 Pa orifice screen and pressed again under a pressure of 17,237 kPa and sintered at 1400 ° C. A rod-shaped electrode with a density of about 4.6 g / cm was obtained.
De elektrode werd als anode in een elektrolytische cel als weergegeven in figuur 2 onderzicht. De cel bevatten een bad dat 90 gew.% Na/AlF^ in een verhouding van 1,1 : 1} 5 gew.% en 5 gew.% CaF2 bevatte en 10 dat op 960°C werd gehouden. De afstand tussen anode en kathode in de cel bedroeg 38,1 mm en er werd een platina draad gebruikt om de anode aan te sluiten aan een spanningsbron· De spanning in de cel bedroeg ca. 5.V en de stroomdichtheid bedroeg 0,99 A/cm . Men liet de cel 24 uren werken en verzamelde aluminium op de koolstofkathode. Bij analyse bleek het aluminium 15 0,03 gew.% Fe en 0,01 gew.% Ni te bevatten. Bij 950°C bedroeg de geleidend- heid van de anode ca. 0,4 ( -f^-.cm)The electrode was examined as an anode in an electrolytic cell as shown in Figure 2. The cell contained a bath containing 90 wt% Na / AlF 2 in a ratio of 1.1: 1 5 wt% and 5 wt% CaF 2 and kept at 960 ° C. The distance between anode and cathode in the cell was 38.1 mm and a platinum wire was used to connect the anode to a voltage source · The voltage in the cell was approximately 5.V and the current density was 0.99 A / cm. The cell was run for 24 hours and aluminum collected on the carbon cathode. Upon analysis, the aluminum was found to contain 0.03 wt% Fe and 0.01 wt% Ni. At 950 ° C, the conductivity of the anode was about 0.4 (-f ^ -. Cm)
VOORBEELD IIEXAMPLE II
In dit voorbeeld werd de anode vervaardigd en onderzocht als in voorbeeld I, echter met dit verschil, dat nadat het produkt van NiO/Fe^O^ eerst 20 gesinterd en gemalen was, men aan het mengsel (dat 51,7 gew.% NiO en 48,3 gew.% Fe^O^ bevatte) 10% nikkelpoeder bevatte met een zodanige deeltjesgrootte, dat het werd doorgelaten door een zeef met openingen van 149 pm. Vóór het mengen met het NiO/Fe^O^ mengsel was het.nikkelpoeder echter eerst behandeld met carbowax om een deklaag daarvan op de nikkel-25 deeltjes te verkrijgen; deze was werd aangebracht om te verzekeren, dat een bekleding van het NiO/Fe^O^ mengsel aan de mikkeldeeltjes zou hechten. De kombinatie werd geperst en gesinterd als in voorbeeld I, waarbij echter het sinteren en de metingen van de geleidendheid uitgevoerd werden in een argonatmosfeer. Men liet de cel 17 uren werken en analyz eerde het aan de 30 kathode verzamelde aluminium; dit bleek 0,15 gew.% Fe en 0,15 gew.% Ni te bevatten. Bij 950°C bedroeg de geleidendheid van de anode ca. 4 (JX.cm)-*, wat een toename tot ongeveer het tienvoudige is ten opzichte van de elektrode van voorbeeld I.In this example, the anode was prepared and tested as in Example 1, except that after the product of NiO / Fe 2 O 2 was first sintered and ground, the mixture (containing 51.7 wt% NiO) was and contained 48.3 wt.% Fe 2 O 3) 10% nickel powder having a particle size such that it was passed through a 149 µm aperture sieve. Before mixing with the NiO / Fe 2 O 3 mixture, however, the nickel powder was first treated with carbowax to obtain a coating thereof on the nickel particles; this wax was applied to ensure that a coating of the NiO / Fe 2 O 2 mixture would adhere to the mickle particles. The combination was pressed and sintered as in Example I, however, the sintering and conductivity measurements were performed in an argon atmosphere. The cell was allowed to run for 17 hours and the aluminum collected on the cathode was analyzed; this was found to contain 0.15 wt% Fe and 0.15 wt% Ni. At 950 ° C, the conductivity of the anode was about 4 (JX.cm) - *, which is an increase to about ten-fold over the electrode of Example I.
VOORBEELD IIIEXAMPLE III
35 In dit voorbeeld werd de anode vervaardigd en behandeld als in voor beeld I echter met dit verschil, dat de anode 29,73 gew.% NiO, 31,78 gew.% Fe^O^ en 38,49 gew.% NiF^ bevatte. Na mengen werd ,dit.mengsel, bij 800°C gecalcineerd, gezeefd, bij 17.237 kPa geperst, 20 uren bij 1100°C gesinterd, fijngemaakt tot het poeder werd doorgelaten door een zeef met mazen 40 van 149 pm, weer bij 17.237 kPa geperst en 16 uren bij 1300°C gesinterd.In this example, the anode was prepared and treated as in Example I, except that the anode was 29.73 wt% NiO, 31.78 wt% Fe 2 O 3 and 38.49 wt% NiF 3 contained. After mixing, this mixture was calcined at 800 ° C, sieved, pressed at 17,237 kPa, sintered for 20 hours at 1100 ° C, crushed until the powder was passed through a 149 µm mesh sieve, pressed again at 17,237 kPa and sintered at 1300 ° C for 16 hours.
8105055 * r - 16 -8105055 * r - 16 -
De dichtheid van het monster bedroeg 5f3g/cin^ en de elektrische geleidend-heid bedroeg 0,03-XX .cm bij 960°C. De elektrode werd 26 uren als anode in een elektrolytische cel beproefd. Bij analyse van de als verontreinigingen in het tijdens de proef geproduceerde aluminium metaal aanwezige Ni en 5 Fe bleek, dat deze verontreinigingen samen slechts 0,2 gew.% van het produkt uitmaakten.The density of the sample was 5 µg / cm 2 and the electrical conductivity was 0.03-23 cm at 960 ° C. The electrode was tested as an anode in an electrolytic cell for 26 hours. Analysis of the Ni and 5 Fe present as impurities in the aluminum metal produced during the test showed that these impurities together constituted only 0.2% by weight of the product.
VOORBEELD IVEXAMPLE IV
In dit voorbeeld werd een gecalcineerd mengsel van 51,7 gew.% NiO en 48,3 gew.% Fe2°3 door plasmasproeien aangebracht op een substraat van 10 roestrvij staal. 446, waarbij men een oxidedeklaag verkreeg met een dikte van 380 jam. Het substraat van roestvrijstaal was cilindervormig en was voorzien van een half bolvormig bodemgedeelte, teneinde scherpe randen te vermijden om het bekleden te vergemakkelijken. Er werd een anode aansluiting vervaardigd door schroefdraad in het roestvrijstaal te tappen en 15 een van schroefdraad voorziene staaf van Ni 200 in het substraat te schroeven. De geassembleerde anode werd onderzozcht als in voorbeeld I en de duur van de proef bedroef 11 uren. Het geproduceerde metaal bevatte minder dan 0,03 gew.% Ni en ca. 0,05 gew.% Fe en het substraat werd niet aangetast door het bad.In this example, a calcined mixture of 51.7 wt% NiO and 48.3 wt% Fe2 ° 3 was applied by plasma spraying to a stainless steel substrate. 446, thereby obtaining an oxide coating with a thickness of 380 µm. The stainless steel substrate was cylindrical and had a hemispherical bottom portion to avoid sharp edges to facilitate coating. An anode connection was made by tapping thread in the stainless steel and screwing a threaded rod of Ni 200 into the substrate. The assembled anode was examined as in Example 1 and the duration of the test was 11 hours. The metal produced contained less than 0.03 wt% Ni and about 0.05 wt% Fe and the substrate was unaffected by the bath.
20 VOORBEELD VEXAMPLE V
In dit voorbeeld werd de anode vervaardigd als in voorbeeld II, echter met dit verschil, dat men 10 gew.% koperpoeder aan het mengsel van 51,7 gew.% NiO en 58,3 gew.% Fe2°3 toevoegde. De kombinatie werd geperst en gesinterd als in voorbeeld II. De toevoeging van koper aan het mengsel 25 verhoogde de geleidendheid. tot ongeveer het achtvoudige. De anode werd onderzocht en bleek drie fasen te bevatten, als weergegeven in figuur 4.In this example, the anode was prepared as in Example II, except that 10% by weight of copper powder was added to the mixture of 51.7% by weight NiO and 58.3% by weight Fe 2 ° 3. The combination was pressed and sintered as in Example II. The addition of copper to the mixture increased the conductivity. to about eightfold. The anode was examined and found to contain three phases, as shown in Figure 4.
Dit wil zeggen, dat metalliek koper bleek voor te komen als afzonderlijke fase. Het koperhoudende materiaal werd 23 uren onderzocht en bij onderzoek bleek, dat geen corrosie van belang had plaatsgevonden, terwijl de hoeveel-30 heid koper in het geproduceerde aluminium ca. 0,27 gew.% bedroeg. Men liet dezelfde anode weer in een. vers bad werken gedurende nog 25 uren. De hoeveelheid koper in het geproduceerde aluminium bedroeg 0,18 gew.%. Vervolgens liet men dezelfde anode een derde maal gedurende 12 uren in een nieuw bad werken en nu bevatte het geproduceerde aluminium ca. 0,18 gew.% 35 Fe, 0,012 gew.% Cu en 0,027 gew.% Ni. Dit resultaat toont aan, de na enig conditioneren de corrosie of aantasting van de anode zeer gering is.This means that metallic copper was found to exist as a separate phase. The copper-containing material was examined for 23 hours and an examination showed that no significant corrosion had taken place, while the amount of copper in the aluminum produced was approximately 0.27% by weight. The same anode was left in one. fresh bath working for another 25 hours. The amount of copper in the aluminum produced was 0.18% by weight. Then, the same anode was operated a third time in a new bath for 12 hours and now the aluminum produced contained about 0.18 wt% Fe, 0.012 wt% Cu and 0.027 wt% Ni. This result shows that after some conditioning the corrosion or attack of the anode is very low.
Voorts toont de analyse aan, dat een anode van deze samenstelling het vermogen bezit aluminium van handelskwaliteit (99,5 gew.% Al) te produceren.Furthermore, the analysis shows that an anode of this composition has the ability to produce commercial grade aluminum (99.5 wt% Al).
Uiteraard zijn binnen het raam van de uitvinding talrijke wijzigingen 40 mogelijk.Of course, numerous modifications 40 are possible within the scope of the invention.
81050558105055
Claims (18)
Applications Claiming Priority (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US06/205,653 US4374761A (en) | 1980-11-10 | 1980-11-10 | Inert electrode formulations |
US20565380 | 1980-11-10 | ||
US06/205,651 US4374050A (en) | 1980-11-10 | 1980-11-10 | Inert electrode compositions |
US06/205,652 US4399008A (en) | 1980-11-10 | 1980-11-10 | Composition for inert electrodes |
US20565180 | 1980-11-10 | ||
US20565280 | 1980-11-10 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NL8105055A true NL8105055A (en) | 1982-06-01 |
Family
ID=27394831
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NL8105055A NL8105055A (en) | 1980-11-10 | 1981-11-09 | METAL COMPOSITION FOR INERT ELECTRODE |
Country Status (11)
Country | Link |
---|---|
AU (1) | AU546885B2 (en) |
BR (1) | BR8107290A (en) |
CA (1) | CA1181616A (en) |
CH (1) | CH651857A5 (en) |
DE (1) | DE3144634A1 (en) |
FR (1) | FR2493879B1 (en) |
GB (1) | GB2088902B (en) |
IT (1) | IT1142931B (en) |
NL (1) | NL8105055A (en) |
NO (1) | NO158816C (en) |
SE (1) | SE8106552L (en) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4454015A (en) * | 1982-09-27 | 1984-06-12 | Aluminum Company Of America | Composition suitable for use as inert electrode having good electrical conductivity and mechanical properties |
US4455211A (en) * | 1983-04-11 | 1984-06-19 | Aluminum Company Of America | Composition suitable for inert electrode |
DE3685760T2 (en) * | 1985-02-18 | 1993-05-19 | Moltech Invent Sa | METHOD FOR PRODUCING ALUMINUM, CELL FOR PRODUCING ALUMINUM AND ANODE FOR ELECTROLYSIS OF ALUMINUM. |
WO1989001991A1 (en) * | 1987-09-02 | 1989-03-09 | Moltech Invent S.A. | A ceramic/metal composite material |
AU625225B2 (en) * | 1987-11-03 | 1992-07-02 | Battelle Memorial Institute | Cermet anode with continuously dispersed alloy phase and process for making |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
BE759874A (en) * | 1969-12-05 | 1971-05-17 | Alusuisse | ANODE FOR ELECTROLYSIS IGNEATED WITH METAL OXIDES |
US3711397A (en) * | 1970-11-02 | 1973-01-16 | Ppg Industries Inc | Electrode and process for making same |
US4057480A (en) * | 1973-05-25 | 1977-11-08 | Swiss Aluminium Ltd. | Inconsumable electrodes |
CH575014A5 (en) * | 1973-05-25 | 1976-04-30 | Alusuisse | |
CH587929A5 (en) * | 1973-08-13 | 1977-05-13 | Alusuisse | |
JPS5536074B2 (en) * | 1973-10-05 | 1980-09-18 | ||
CH592163A5 (en) * | 1973-10-16 | 1977-10-14 | Alusuisse | |
US4173518A (en) * | 1974-10-23 | 1979-11-06 | Sumitomo Aluminum Smelting Company, Limited | Electrodes for aluminum reduction cells |
DD137365A5 (en) * | 1976-03-31 | 1979-08-29 | Diamond Shamrock Techn | ELECTRODE |
US4187155A (en) * | 1977-03-07 | 1980-02-05 | Diamond Shamrock Technologies S.A. | Molten salt electrolysis |
US4552630A (en) * | 1979-12-06 | 1985-11-12 | Eltech Systems Corporation | Ceramic oxide electrodes for molten salt electrolysis |
-
1981
- 1981-11-03 CA CA000389339A patent/CA1181616A/en not_active Expired
- 1981-11-05 SE SE8106552A patent/SE8106552L/en not_active Application Discontinuation
- 1981-11-05 GB GB8133393A patent/GB2088902B/en not_active Expired
- 1981-11-06 IT IT49651/81A patent/IT1142931B/en active
- 1981-11-09 NL NL8105055A patent/NL8105055A/en not_active Application Discontinuation
- 1981-11-09 NO NO813773A patent/NO158816C/en unknown
- 1981-11-09 FR FR8120941A patent/FR2493879B1/en not_active Expired
- 1981-11-09 AU AU77318/81A patent/AU546885B2/en not_active Ceased
- 1981-11-10 BR BR8107290A patent/BR8107290A/en unknown
- 1981-11-10 DE DE19813144634 patent/DE3144634A1/en not_active Withdrawn
- 1981-11-10 CH CH7217/81A patent/CH651857A5/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NO813773L (en) | 1982-05-11 |
CH651857A5 (en) | 1985-10-15 |
DE3144634A1 (en) | 1982-06-09 |
GB2088902A (en) | 1982-06-16 |
FR2493879B1 (en) | 1986-03-14 |
NO158816B (en) | 1988-07-25 |
NO158816C (en) | 1988-11-02 |
SE8106552L (en) | 1982-05-11 |
GB2088902B (en) | 1983-11-30 |
CA1181616A (en) | 1985-01-29 |
AU7731881A (en) | 1982-05-20 |
AU546885B2 (en) | 1985-09-26 |
BR8107290A (en) | 1982-08-03 |
FR2493879A1 (en) | 1982-05-14 |
IT8149651A0 (en) | 1981-11-06 |
IT1142931B (en) | 1986-10-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4374050A (en) | Inert electrode compositions | |
US4374761A (en) | Inert electrode formulations | |
US4399008A (en) | Composition for inert electrodes | |
US4478693A (en) | Inert electrode compositions | |
US6126799A (en) | Inert electrode containing metal oxides, copper and noble metal | |
US6372119B1 (en) | Inert anode containing oxides of nickel iron and cobalt useful for the electrolytic production of metals | |
US20020056650A1 (en) | Electrolytic production of high purity aluminum using ceramic inert anodes | |
WO1981001717A1 (en) | Ceramic oxide electrodes for molten salt electrolysis | |
CZ20021511A3 (en) | Electrolytic production process of extremely pure aluminium by making use of inert anodes | |
EP1230437B1 (en) | Inert anode containing oxides of nickel, iron and zinc useful for the electrolytic production of metal | |
DE2714488A1 (en) | SINTERED ELECTRODES WITH AN ELECTROCATALYTIC COATING AND THEIR USES | |
US6562224B2 (en) | Nickel-iron alloy-based anodes for aluminium electrowinning cells | |
EP0139087A1 (en) | Cermet electrode composition | |
US6030518A (en) | Reduced temperature aluminum production in an electrolytic cell having an inert anode | |
NL8105055A (en) | METAL COMPOSITION FOR INERT ELECTRODE | |
DE60202264T2 (en) | MATERIAL FOR A DIMENSIONAL ANODE FOR THE ELECTROLYTIC OBTAINMENT OF ALUMINUM | |
EP1049818B1 (en) | Non-carbon metal-based anodes for aluminium production cells | |
AU2005224454B2 (en) | Non-carbon anodes with active coatings | |
US7846308B2 (en) | Non-carbon anodes | |
DE69019664T2 (en) | ANODE SUBSTRATE COATED WITH A RARE OXIDE COMPOUND. | |
RU2291915C1 (en) | Oxide material for inflammable anodes of aluminum cells (variants) | |
JP2005536636A (en) | Material of structural member of electrowinning tank for metal production | |
AU6649281A (en) | Ceramic oxide electrodes for molten salt electrolysis |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A85 | Still pending on 85-01-01 | ||
BA | A request for search or an international-type search has been filed | ||
BB | A search report has been drawn up | ||
BC | A request for examination has been filed | ||
BV | The patent application has lapsed |