予備焼成消耗炭素陽極

予備焼成消耗炭素陽極は、ホール・エルー法を使用したアルミニウム製錬用に設計された特殊なタイプの陽極です。

製錬工程では、これらの陽極は酸化アルミニウムまたはフッ化アルミニウムを含む電解セル内に吊り下げられます。この工程では、生産されるアルミニウム1トンあたり約450kgの陽極が消費されます。 ^[1]

「使用済み」陽極は工業用途がほとんどなく、通常は廃棄されます。しかし、フッ化アルミニウムの処理に使用された陽極にはフッ化水素がいくらか含まれている可能性があり、危険な廃棄物処理手順が必要です。^[2] 使用済み陽極の工業用途を見つけるための取り組みにより、コークスの供給が不足し、最新の電気炉を購入する余裕のない小規模鋳造所で、費用対効果の高いコークスの代替品として陽極を使用するという提案が生まれました。

陽極の特性は主に焼成工程で決まり、許容できる出力効率を確保し、生成される望ましくない副産物の量を減らすために注意深く制御する必要があります。^[3]そのため、アルミニウム製錬業界では、一貫した最適な性能を実現するために、商業的に大量生産される陽極の許容値の範囲を定めています。

焼成温度が高いほど、陽極の密度が高くなり、透過性が低下するため、陽極の動作寿命が延びます。^{[7]しかし、密度が高すぎると、電解セルで初めて使用したときに}熱衝撃が発生し、陽極が破損します。^[8]

効率的なアルミニウム製錬には、陽極部分の抵抗が低いことが必要である。抵抗が低いと、電解セルの電圧をより細かく制御でき、抵抗加熱に伴うエネルギー損失が低減する。^[9]しかし、電気抵抗が低い陽極は熱伝導​​率も高くなる。熱伝導率が高すぎる陽極は急速に酸化し、製錬効率が低下するか、完全になくなる。これを業界用語では「空気燃焼」と呼ぶ。^[10]

陽極は、製造、輸送、使用中にさまざまな機械的ストレスにさらされます。陽極は、圧縮力、弾性応力に耐え、^[11]脆くならずに衝撃に耐える必要があります。^{[12] [13]}圧縮強度と焼成済み陽極のヤング率の関係により、通常、圧縮力と弾性応力に対する陽極の耐性が妥協されます。^[14]

陽極の熱伝導率が低いと、上記の電気抵抗で述べたように「空気焼け」が発生します。^{[15] [16]}

熱衝撃を避けるためには、熱膨張係数が低いことが望ましい。^{[17] [18]}

一般的に、アノードは二酸化炭素と空気の両方に対して比較的不透過性であるべきであり、これは「二酸化炭素燃焼」と「空気燃焼」の可能性を減らすためであり、どちらもアノードの製錬効率を低下させる。^[19]

高い粒子安定性は、高い陽極構造の完全性を示し、陽極の製錬効率を高めます。また、高い粒子安定性は、陽極製造中の粒子の劣化を最小限に抑えます。^[20]