NO811819L - Elektrodemateriale. - Google Patents
Elektrodemateriale.Info
- Publication number
- NO811819L NO811819L NO811819A NO811819A NO811819L NO 811819 L NO811819 L NO 811819L NO 811819 A NO811819 A NO 811819A NO 811819 A NO811819 A NO 811819A NO 811819 L NO811819 L NO 811819L
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- composition
- electrode
- anode
- aluminum
- group
- Prior art date
Links
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 title description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N SnO2 Inorganic materials O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 13
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 12
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 8
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 7
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Inorganic materials O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 3
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 2
- 229910016264 Bi2 O3 Inorganic materials 0.000 claims 2
- 239000011222 crystalline ceramic Substances 0.000 claims 1
- 229910002106 crystalline ceramic Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 claims 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 9
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 9
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 8
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910001610 cryolite Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 5
- -1 oxides Chemical class 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 4
- WMWLMWRWZQELOS-UHFFFAOYSA-N bismuth(III) oxide Inorganic materials O=[Bi]O[Bi]=O WMWLMWRWZQELOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N dichromium trioxide Chemical compound O=[Cr]O[Cr]=O QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 4
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ADCOVFLJGNWWNZ-UHFFFAOYSA-N antimony trioxide Inorganic materials O=[Sb]O[Sb]=O ADCOVFLJGNWWNZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 3
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052774 Proactinium Inorganic materials 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 description 2
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 2
- ZKATWMILCYLAPD-UHFFFAOYSA-N niobium pentoxide Chemical compound O=[Nb](=O)O[Nb](=O)=O ZKATWMILCYLAPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- YEAUATLBSVJFOY-UHFFFAOYSA-N tetraantimony hexaoxide Chemical compound O1[Sb](O2)O[Sb]3O[Sb]1O[Sb]2O3 YEAUATLBSVJFOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 241000219495 Betulaceae Species 0.000 description 1
- 229910020599 Co 3 O 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N CuO Inorganic materials [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910005793 GeO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002262 LaCrO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002340 LaNiO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003266 NiCo Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910005949 NiCo2O4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003265 NiCr2O4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003289 NiMn Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 229910020830 Sn-Bi Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020941 Sn-Mn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020935 Sn-Sb Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018728 Sn—Bi Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910008953 Sn—Mn Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910008757 Sn—Sb Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical compound [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- GHPGOEFPKIHBNM-UHFFFAOYSA-N antimony(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Sb+3].[Sb+3] GHPGOEFPKIHBNM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- UBEWDCMIDFGDOO-UHFFFAOYSA-N cobalt(II,III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Co+2].[Co+3].[Co+3] UBEWDCMIDFGDOO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000008040 ionic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 239000011812 mixed powder Substances 0.000 description 1
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 239000002006 petroleum coke Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000010944 silver (metal) Substances 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N tantalum pentoxide Inorganic materials O=[Ta](=O)O[Ta](=O)=O PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052716 thallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N tungsten(VI) oxide Inorganic materials O=[W](=O)=O ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
Beskrivelse.
Elektrodemateriale.
Oppfinnelsens bakgrunn.
Aluminium fremstilles i Hall-Heroult-celler ved elektrolyse av aluminiumoksyd i smeltet kryolitt under anvendelse
av ledende karbonélektroder. Under reaksjonen forbrukes karbonanoden med en hastighet på ca. 450 kg/mT av produsert aluminium under den samlede reaksjon
De problemer som forårsakes av forbruket av anode-karbon, har sammenheng med kostnaden for den anode som forbrukes i ovenstående reaksjon, og med de forurensninger som innføres i smeiten fra karbonkilden. Den petroleumskoks som anvendes i anodene, inneholder i alminnelighet betydelige mengder av forurensninger, først og f remis t svovel, silisium, vanadium, titan, jern og nikkel. Svovel oksyderes til oksyder, hvilket bevirker særlig, besværlig forurensning på arbeidsplassen<p>g i omgivelsene. Metallene, spesielt vanadium, er uønskede forurensninger i det produserte aluminiummetall. Fjerning av forurensningene når disse foreligger i for store mengder, krever ekstra og kostbare trinn når høyrent aluminium skal fremstilles.
Hvis intet karbon forbrukes ved reduksjonen, vil den samlede reaksjon være 2 A12034 Al + 302, og det produserte oksygen kan teoretisk gjenvinnes, men viktigere er det at hvis karbon ikke forbrukes ved anoden, vil det ikke bli noen forurensning av atmosfæren eller produktet på grunn av de forurensninger, som foreligger i koksen.
Det er tidligere blitt gjort forsøk på å anvende ikke-for-brukbare anoder, men tilsynelatende uten gode resultater.. Metaller smelter ved driftstemperaturen eller angripes av . oksygen eller av kryolittbadet. Keramiske forbindelser så som oksyder, med perovskitt- og spinell-krystallstrukturer har vanligvis for høy elektrisk motstand og angripes av kryolittbadet.
Tidligere anstrengelser på området har resultert i U.S.patent nr. 3 718 550, Klein, 27. februar 1973, Kl. 204/67; U.S.patent nr. 4 039 401, Yamaha et al., 2. august 1977, Kl. 2.04/67; U.S. patent nr. 3 960 678, Alder, 1. juni 1976, Kl. 204/67; U.S. patent nr. 2 467 144, Mochel, 12. april 1949, Kl. 106-55; U.S. patent nr. 2 490 825, Mochel, 1. februar 1946 , Kl. 106-55;. U.S. patent nr. 4 098 669, de Nora et al., 4. juli 1978, Kl. 204/252; Belyaev + Studentsov, Legkie Metal 6, nr. 3, 17-24 (1937),
(CA. 31[1937] 8384); Belyaev, Legkie Metal 7, nr. 1, 7-20 (1938)
(CA. 32 [1938] , 6553) .
Klein, jfr. ovenfor, beskriver en anode inneholdende minst 80% Sn02, med tilsetninger av Fe2<0>3, ZnO, Cr203, Sb203,<Bi>2<0>3,<V>2<0>5, Ta205, Nb205eller W03; Yamada beskriver spinellstruktur-oksyder med den generelle formel XYY'0^ og perovskitt-struk.tur-oksyder med den generelle formel RM03, innbefattet forbindelsene CoCr204,TiFe204, NiCr204, NiCo204, LaCr03og LaNi03; Alder beskriver Sn02, F<e>2<0>3, Cr203, Co204, NiO og ZnO; Mochel beskriver Sn02samt oksyder av Ni, Co, Fe, Mn, Cu, Ag, Au, Zn, As, Sb, Ta,
Bi og U; Belyaev beskriver anoder av Fe203, Sn02 , Co2°4 > Ni0'
ZnO, CuO, Cr203og blandinger derav som ferritter, de Nora beskriver Y203med Y, Zr, Sn, Cr, Mo, Ta, W, Co, Ni, Pa, Ag, og oksyder av Mn, Rh, Ir og Ru.
Mochel-patentene gjelder elektroder for smelting av glass, mens de øvrige tilsiktes anvendt ved høytemperaturelektrolyse,
så som aluminiumfremstilling ifølge Hall. Problemer med ovennevnte materialer har sammenheng med kostnaden for råmaterialene, elektrodenes skjørhet, vanskeligheten med å fremstille en til-strekkelig stor elektrode for industriell anvendelse, og den lave elektriske ledningsevne for mange av ovennevnte materialer sammenlignet med karbonanoder.
U.S. patent nr. 4 146 438, 27. mars, 1979, de Nora, Kl. 204/1,5, beskriver elektroder av oksyforbindelser av metaller, innbefattet Sn, Ti, Ta, Zr, V, Nb, Hf, Al, Si, Cr,. Mo, W, Pb, Mn, Be, Fe, Co, Ni, Pt, Pa, Os, Ir, Rh, Te, Ru, Au, Ag, Cd, Cu, Sc, Ge, As, Sb,.
Bi og B med et elektrisk ledende middel og en overflate-elektro-katalysator. Elektrisk ledende midler innbefatter oksyder av Zr, Sn, Ca, Mg, Sr, Ba, Zn,. Cd, In, Tl, As, Sb, Bi, Sn, Cr, Mn, Ti; metaller Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Pd og Ag; pluss borider, silisider, karbider og sulfider av ventilmetaller. Elektrokatalysatorer innbefatter Ru, Rh, Pd, Ir, Pt, Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Mn02, Co304, Rh'203, Ir02, Ru02, Ag20, ^ g2°2' Ag2°3'As203, Bi203, CoMn04,NiMn204, CoRh204og NiCo2C>4.
Til tross for alt ovenstående er fremstillingen av brukbare elektroder for anvendelse i Hall-celler fremdeles ikke fullt ut realisert i industriell praksis.. Råmaterialene er ofte kostbare, og fremstillingen av elektrodene i de nødvendige størrelser har vært ytterst vanskelig, på grunn av de mange vanskeligheter som gjør seg.gjeldende ved tilvirkning av større stykker av ensartet kvalitet.
Med hensyn til de forskjellige systemer som er angitt ovenfor, kjennes for tiden intet tilfelle av kommersiell anvendelse i fabrikkmessig målestokk. Spinell- og Perovskitt-krystallstrukturene som er vist ovenfor, har i alminnelighet oppvist liten motstand mot det smeltede kryolittbad, idet de desintegreres på relativt kort tid. Elektroder bestående av metaller belagt med keramer har også vist dårlig ytelse, idet selv de minste sprekker nesten uunngåelig fører til- at kryo-litten angriper metallsubstratet,.hvilket resulterer i av-skrelling av belegget og derav følgende ødeleggelse av anoden.
De mest lovende utviklingstiltak synes hittil å være de hvor det anvendes tinndioksyd, som har en rutil-krystallstruktur som grunnleggende matriks. Forskjellige ledende og katalytiske forbindelser tilsettes for forbedring av den elektriske ledningsevne og fremskyndelse av de ønskede reak-sjoner på overflaten av elektroden.
Kort angivelse av oppfinnelsen.
En elektrode som kan anvendes som anode i Hall-aluminium-celler fremstilles ved sintring av en blanding av Sn02med forskjellige tilsetninsgmidler. De mengdeforhold som anvendes, er vanligvis mindre enn 80% Sn02med ca. 20% Ge02eller.Co304og 1-3% Sb203, CuO, Pr2<0>3<,>l<n>2<0>3, Mo03eller Bi203.
Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen..
Tinndioksyd sintres med additiver til å øke den elektriske ledningsevne og fremskynde sintring. Det resulterende faste materiale er et keramisk legeme med en rutil-krystallstruktur.
Tinnoksyd faller i den klasse av materialer som angis å ha<1>rutil'-strukturer. Andre forbindelser som finnes i denne klasse, er TiO.,, GeG^, pb02 og MnC>2. Strukturen dannes av en forvridd kubisk-tettpakket rekke av oksygenanioner med kationer (Sn, Ge, etc.) som fyller halvparten av de oktaedriske hulrom i oksygenrekken. Kationene opptar de oktaedriske stillinger, ,idet radius-forholdet (kationradius/anionradius) er ^ 0,414 men
< 0,732. Kationenes store radius hindrer kationene i å oppta tetraedriske hulrom.
Uliktde fleste oksyder er Sn02først og fremst en kovalent forbindelse og ikke ionisk. Dette skyldes den høye elektronegativitet hos elementært tinn. Jo større forskjellen i elektronegativitet er mellom to elementer, desto større er sannsyn-ligheten for en ionisk forbindelse. Sn og 02er imidlertid relativt like med hensyn til elektronegativitet. Dette resulterer i felles elektroner (kovalent binding) i stedet for tap eller gevinst (ionisk). Den empiriske ligning for beregning av den prosentvise ioniske karakter hos en forbindelse er gitt som:
hvor p = prosentvis ionisk karakter
X^ = elektronegativitet for elementet A
Xn= elektronegativitet for elementet B.
Ved å innsette elektronegativitetsverdiene for tinn og oksygen (henholdsvis 1,8 og 3,5) finner man at strukturen er omtrentlig 40% ionisk og resten kovalent. Bevismateriale er blitt funnet som tyder på at strukturer av denne natur vil-ha fluktuasjoner i bindingen som vil kunne forklare at den elektriske ledningsevne er høy.
I likhet med de fleste kovalente forbindelser er Sn02vanskelig å sintre. Forskning har vist. at små tilsetninger av Sb-^O-^, Mn02 eller Bi203letter sintringen. Mekanismen menes å være tilstedeværelsen av en væskeformig fase over 800°C. Under reaksjonen vandrer Sb-, Mn- eller Bi-ionene sannsynligvis til tilgjengelige oktaedriske stillinger (passende radius-forhold). På grunn av nærværet av kovalent binding i Sn02~matriksen (60%) er det mulig at kovalente Sn-Sb-, Sn-Mn-eller Sn-Bi-bindinger foreligger i rekken. Disse forbindelser er sterkt kovalente og ledende, hvilket vil kunne forklare den sterke økning i elektrisk ledningsevne når Sb-pO^tilsettes for sintring. Ledningsevnen øker også på grunn av tinnets vekslende valens (+ 4 til +2 og omvendt).
En årsak til økningen i elektrisk ledningsevne synes også å fremkomme ved undersøkelse av elektron-konfigurasjonene
hos Sn02, Mn02og Sb203. Sn02klassifiseres som en halvleder
av n-typen. Høyere ledningsevne kan oppnås ved doping med
et kation som har flere elektroner i sitt ytre skall enn Sn.
Den ytre elektronkonfigurasjon hos Sn er 5s 2 5p 3. Hvert til-satt atom av Sb bidrar derfor med et ekstra elektron til lednings-båndet for SnC>2 . Dette resonnement gjelder også
for andre dopingsmidler.
Eksempel 1.
En anode ble fremstilt for sammenligning av egenskaper og ble sammenlignet med en standard karbonanode som kontroll i en Hall-celle for fremstilling av aluminium, som følger: Prøveanodene ble fremstilt'.ved maling av pulverene, som så ble presset til pellets med en diameter på 2 cm og en lengde på 2,54 cm ved 140,6 kg/cm<2>, hvoretter de ble sintret under temperaturstigning til et maksimum på 1250°C i løpet av 16 timer. De elektriske ledninger ble tilknyttet ved hjelp av en gjenget stav med smeltet kobberpulver.
Cejlemotstand ved IA/ cm .
Prøve (a) ovenfor ér en standard karbonanode anvendt som kontroll. Etter 4 timer ble det normale tap av karbon i for-hold til det produserte aluminium funnet.
Prøve (b), Sn02,.Ge02 og Sb203, ble anvendt ved IA/cm og en totalstrøm på 11,2 A ved 0,2 V, hvilket gir en motstand
på 0,017 Q, en meget gunstig verdi. Under forsøket fluktu-erte motstanden mellom 0,0085 og 0,018 Q. Etter fire timer viste prøven ikke noe angrep, men hadde flere varmesjokk-sprekker.
Eksempel 2.
En anode ble fremstilt på samme måte som i eksempel 1,
av:
Ved en strømtetthet på 1 A/cm<2.>var anodens motstand i Hall-cellen 0,13 ft. Etter fire timer ved denne strømtetthet ble strømtettheten øket til 2 A/cm som ble holdt i ytterligere fire timer. Ved denne høyere strømtetthet falt motstanden til 0,10 Q, hvilket viser forbedret effektivitet. Etter endt forsøk var elektroden i meget god tilstand uten tegn på angrep.
Den høyere motstand for denne anode sammenlignet med motstanden f or anoden i eksempel 1, viser at 2%Bi203høyst sannsynlig er ved eller nær den optimale verdi, og at 4% Bi2°3er høyere enn det optimale. Økningen i motstand med økende innhold av dopingsmiddel skyldes sannsynligvis overskridelse av oppløselighetsgrensen for.BijO^i Sn02, med dannelse av en annen fase med høyere motstand.
Eksempel 3.
En anode med sammensetningen:
ble fremstilt som i eksempel 1 og anvendt i Hall-cellen ved IA/cm 2 og viste en motstand på 0,048 Q. Etter åtte timer ble strømtettheten øket til 2 A/cm , hvorved motstanden falt til 0,041 f2, i ytterligere åtte timer. Etter dette tidsrom viste anoden en sprekk på grunn av utvidelsen av metalledningen, og forsøket ble stanset.. Noe angrep på selve anoden kunne ikke sees.
Eksempel 4.
En anode bestående av de følgende forbindelser ble fremstilt som i eksempel 1:
Den ble anvendt i Hall-cellen ved 1 A/cm 2. Så snart strømmen var tilkoblet, begynte materialet å eroderes fra overflaten av anoden i et hurtig angrep. Svikten skyldtes sannsynligvis overskridelse av oppløselighetsgrensene for Ge02i SnC^-GeG^-systernet.
Eksempel 5.
En ledende fase (Sn02og Sb203) ble dispergert i en ikke-ledende fase (Zr02) i to konsentrasjoner med sikte på bestem-melse av deres brukbarhet som elektroder i Hall-celler, og fremstilt som i eksempel 1. Disse hadde de følgende sammen-setninger:
Prøve (a) hadde ved 1 A/cm^ en motstand på 0,2 Q, som er en størrelsesorden høyere enn ønsket, og prøve (b) hadde ved IA/cm en motstand på 2,5 Q, som er to størrelsesordener høyere enn ønsket. Det ble konkludert at dette system i sin foreliggende form ikke var egnet til bruk som anoder i Hall-celler.
Eksempel 6.
Prøver av SnC^-Sb-jO^-systemet i en Al-jO^-matriks ble fremstilt i de følgende konsentrasjoner, som i eksempel 1, med brenning opptil 1500°C:
Intet angrep ble observert i forsøk i hvilke disse prøver ble anvendt som anoder i Hall-cellen, men deres høye motstands- verdier gjorde at disse ikke kom i betraktning.
Eksempel 7.
En anode med den følgende sammensetning, fremstilt som i eksempel 1, ble sintret i en 16 timers syklus, ved stigende temperatur, hvor temperaturen nådde 1250°C
Ved en strømtetthet på 1 A/cm 2 i Hall-cellen var motstanden 0,08 Et åtte timers forsøk ble fullført uten forringelse av anoden.
Eksempel 8.
To materialer inneholdende PbO-, ble fremstilt ved blanding og pressing ved 70 3 kg/cm 2, som i eksempel .1, med påfølgende blanding i en syklus stigende til 1050°C. De ble utprøvet med;hensyn til vekttap med de følgende resultater:
Det høye vekttap for prøve (a) indikerer en oppløselig-hetsgrense for systemet Pb02~Sn02på under 50% Pb02ved brennetemperaturen 1050°C.<p>k02smeltet og farget merkbart sten-underlaget.
Eksempel 9.
To materialer inneholdende GeO^ ble fremstilt ved kulemølle-maling av de blandede pulvere, koldpressing ved 352 kg/cm 2, brenning ved 1200°C og utprøvning som i eksempel 1 som følger:
Eksempel 10.
En rekke anoder ble fremstilt og utprøvet som i eksempel 1, som følger:
Motstanden for anoder (a) og (b) var høyere enn ønsket, men anodenes gode kvaliteter hår det gjelder andre egenskaper og potensial for forbedring oppveiet denne ufullkommenhet.
Eksempel 11.
En anode ble fremstilt og utprøvet som i eksempel 1, med den følgende sammensetning:
Claims (10)
1. Elektrode egnet for fremstilling av aluminium i en Hall-celle, karakterisert ved at den omfatter et homogent sintret keramisk legeme med sammensetningen 67-78% Sn02 , 19-30% Ge02 og 1-3% av et elektrisk ledende oksyd valgt fra gruppen bestående av Sb2 03 , Bi203 og Mn02 .
2. Elektrode ifølge krav 1, karakterisert ved at den er fremstilt ved blanding av ingrediensene i pulverisert form, koldpressing av den således dannede pulver-blanding i en form under et trykk på minst 352 kg/cm <2> , og sintring av det koldpressede emne ved en temperatur på minst 1200°C.
.
3. Elektrode ifølge krav 1, karakterisert ved at det elektrisk ledende oksyd er Sb2 03>
4. Elektrode ifølge krav 1, " karakterisert ved at det elektrisk ledende oksyd er Bi^ O^ .
5. Elektrode ifølge krav 1, karakterisert ved at det elektrisk ledende oksyd er Mn02 .
6. Elektrode egnet for fremstilling av aluminium i en Hall-celle, karakterisert ved at den omfatter et sintret keramisk legeme av homogen komposisjon med sammensetningen 47-79% Sn02 , 20-50% Co3 04 og 1-3% av et oksyd valgt
fra gruppen bestående av Sb2 C>3 , Bi203 og MnC>2 .
7. Elektrode av homogen komposisjon, karakterisert ved at den omfatter et rutil-krystallinsk keramisk legeme med sammensetningen 47-79% Sn02 , 8-25% Co3 04 , 8-25% Ge02 og 1-3% av et oksyd valgt fra gruppen bestående av Sb2 03 , Bi203 og Mn02 .
8. Elektrode egnet for fremstilling av aluminium i en Hall-celle, karakterisert ved at den omfatter et homogent sintret keramisk legeme med sammensetningen 64-79% Sn02 , 15-30% Ge02 , 1-3% CuO og 1-3% av et oksyd valgt fra gruppen bestående av Pr2 03 , In2°3 og MoO^ .
9. Elektrode egnet for fremstilling av aluminium i en Hall-celle, karakterisert ved at den omfatter et homogent sintret keramisk legeme med sammensetningen 57-79% Sn02 , 9-20% Ge02 , 9-20% ZnO og 1-3% av et oksyd valgt fra gruppen bestående av Sb2 03 , Bi2 03 og Mn02 .
10. Elektrode ifølge krav 9, karakterisert ved .
at innholdet av Sb2 03 er 1-3%.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US06/080,430 US4233148A (en) | 1979-10-01 | 1979-10-01 | Electrode composition |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO811819L true NO811819L (no) | 1981-05-29 |
Family
ID=22157321
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO811819A NO811819L (no) | 1979-10-01 | 1981-05-29 | Elektrodemateriale. |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4233148A (no) |
EP (1) | EP0037398B1 (no) |
JP (1) | JPS56501246A (no) |
AR (1) | AR223528A1 (no) |
CA (1) | CA1147292A (no) |
DE (1) | DE3069095D1 (no) |
NO (1) | NO811819L (no) |
WO (1) | WO1981000865A1 (no) |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2069529A (en) * | 1980-01-17 | 1981-08-26 | Diamond Shamrock Corp | Cermet anode for electrowinning metals from fused salts |
US4379033A (en) * | 1981-03-09 | 1983-04-05 | Great Lakes Carbon Corporation | Method of manufacturing aluminum in a Hall-Heroult cell |
US4491510A (en) * | 1981-03-09 | 1985-01-01 | Great Lakes Carbon Corporation | Monolithic composite electrode for molten salt electrolysis |
US4484997A (en) * | 1983-06-06 | 1984-11-27 | Great Lakes Carbon Corporation | Corrosion-resistant ceramic electrode for electrolytic processes |
DE3667305D1 (de) * | 1985-05-17 | 1990-01-11 | Moltech Invent Sa | Formstabile anode fuer die schmelzflusselektrolyse und elektrolyseverfahren. |
US5279715A (en) * | 1991-09-17 | 1994-01-18 | Aluminum Company Of America | Process and apparatus for low temperature electrolysis of oxides |
US5378325A (en) * | 1991-09-17 | 1995-01-03 | Aluminum Company Of America | Process for low temperature electrolysis of metals in a chloride salt bath |
JP3592596B2 (ja) * | 1998-12-18 | 2004-11-24 | 日本板硝子株式会社 | 親水性鏡及びその製造方法 |
KR100576849B1 (ko) * | 2003-09-19 | 2006-05-10 | 삼성전기주식회사 | 발광소자 및 그 제조방법 |
GB0612094D0 (en) * | 2006-06-19 | 2006-07-26 | Clarizon Ltd | Electrode, method of manufacture and use thereof |
CN102875142B (zh) * | 2012-10-26 | 2014-12-10 | 淄博工陶耐火材料有限公司 | 二氧化锡陶瓷电极的制备方法 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1244650A (en) * | 1968-10-18 | 1971-09-02 | Ici Ltd | Electrodes for electrochemical processes |
CH575014A5 (no) * | 1973-05-25 | 1976-04-30 | Alusuisse | |
US3882002A (en) * | 1974-08-02 | 1975-05-06 | Hooker Chemicals Plastics Corp | Anode for electrolytic processes |
US4173518A (en) * | 1974-10-23 | 1979-11-06 | Sumitomo Aluminum Smelting Company, Limited | Electrodes for aluminum reduction cells |
US4146438A (en) * | 1976-03-31 | 1979-03-27 | Diamond Shamrock Technologies S.A. | Sintered electrodes with electrocatalytic coating |
-
1979
- 1979-10-01 US US06/080,430 patent/US4233148A/en not_active Expired - Lifetime
-
1980
- 1980-04-28 JP JP50128680A patent/JPS56501246A/ja active Pending
- 1980-04-28 WO PCT/US1980/000475 patent/WO1981000865A1/en active IP Right Grant
- 1980-04-28 DE DE8080901089T patent/DE3069095D1/de not_active Expired
- 1980-05-22 CA CA000352479A patent/CA1147292A/en not_active Expired
- 1980-05-30 AR AR281260A patent/AR223528A1/es active
-
1981
- 1981-04-08 EP EP80901089A patent/EP0037398B1/en not_active Expired
- 1981-05-29 NO NO811819A patent/NO811819L/no unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO1981000865A1 (en) | 1981-04-02 |
EP0037398A1 (en) | 1981-10-14 |
JPS56501246A (no) | 1981-09-03 |
EP0037398A4 (en) | 1982-04-22 |
EP0037398B1 (en) | 1984-09-05 |
US4233148A (en) | 1980-11-11 |
AR223528A1 (es) | 1981-08-31 |
CA1147292A (en) | 1983-05-31 |
DE3069095D1 (en) | 1984-10-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4399008A (en) | Composition for inert electrodes | |
US4374761A (en) | Inert electrode formulations | |
US4173518A (en) | Electrodes for aluminum reduction cells | |
KR102010744B1 (ko) | 티탄산 나트륨계 나트륨 이온 전도체 | |
US4478693A (en) | Inert electrode compositions | |
NO811819L (no) | Elektrodemateriale. | |
KR101987299B1 (ko) | 구조체 | |
DE2714488C2 (no) | ||
US4462889A (en) | Non-consumable electrode for molten salt electrolysis | |
CN103229335B (zh) | 钠-硫属元素-电池 | |
US4379033A (en) | Method of manufacturing aluminum in a Hall-Heroult cell | |
US4484997A (en) | Corrosion-resistant ceramic electrode for electrolytic processes | |
CZ20032554A3 (cs) | Materiál na rozměrově stabilní anodu pro elektrolytické získávání hliníku | |
US20220145484A1 (en) | An electrochemical method of reducing metal oxide | |
US5441670A (en) | Process for producing an electrically conductive mixed oxide of titanium and tantalum or niobium | |
NO844540L (no) | Anode-innretning for saltsmelte-elektrolyse | |
AU538244B2 (en) | Electrode composition | |
US4430189A (en) | Method of manufacturing aluminum in a Hall-Heroult cell | |
NO158816B (no) | Kombinasjonsmetallforbindelse egnet til bruk som en inertelektrode ved smelte-elektrolytisk fremstilling av metall, og anvendelse av slike elektroder. | |
DE2547168A1 (de) | Elektrode fuer aluminiumreduktionszellen und verfahren zur herstellung von aluminium | |
US4491510A (en) | Monolithic composite electrode for molten salt electrolysis | |
NO326358B1 (no) | Fremgangsmate for belegging av et elektrisk ledende og varmebestandig substrat for en ikke-karbon metallbasert anode, anvendelse av en slurry for slik belegging og anvendelse av et belagt anodesubstrat | |
Kwon et al. | A study on the synthesis of the ceramics anode material and sintering characteristic | |
JPH02123671A (ja) | ナトリウム−硫黄電池用ベータアルミナ管の焼成方法 | |
NO831138L (no) | Ikke-konsumerbar elektrode, fremgangsmaate for fremstilling av en slik, samt anvendelse |