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Anodenmassen für die Elektrolyse von Aluminium2018-12-18T10:56:15+00:00

Anodenmassen für die Elektrolyse von Aluminium

Bei der industriellen Herstellung von Aluminium, das als wichtigstes Nichteisenmetall gilt, sind die sogenannten Anodenmassen von zentraler Bedeutung.

Viele Einsatzmöglichkeiten sind durch die herausragenden Eigenschaften von Aluminium möglich:

  • Wie die hohe spezifische Festigkeit, die Bauteile mit gleicher Festigkeit im Vergleich mit Stahl nur halb so schwer sein lässt. Dies wird besonders im Leicht-, Flug- und Fahrzeugbau geschätzt.
  • Die gute elektrischen und Wärme-Leitfähigkeiten machen es zu einem bevorzugten Werkstoff in der Elektronik und Elektrotechnik.
  • Die absolute Barrierewirkung gegenüber Sauerstoff, Licht und anderen Umwelteinflüssen und sehr gute Verarbeitbarkeit macht Aluminium zur sehr guten Wahl für Verpackungs- und Behälter-Anwendungen. Die exzellente Recyclierbarkeit macht es zum idealen Kreislaufwerkstoff.

Aluminium Elektrolyse mit Anodenmasse

Das Element Aluminium ist in der Erdhülle, nach Sauerstoff und Silizium, das dritthäufigste Element und in der Erdkruste das häufigste Metall. Es liegt meist in Verbindungen vor. Am Anfang des 19.Jahrhunderts gelang es, es in reinerer Form zu gewinnen und 1886 haben Charles Martin Hall und Paul Héroult etwa gleichzeitig, unabhängig voneinander, die Schmelzflusselektrolyse entwickelt. Dieses nach ihnen benannte Verfahren ist, mit vielen Verbesserungen, noch heute der industrielle Standardprozess. Dieses Verfahren besteht im Wesentlichen aus einer Redoxreaktion, die durch das Anlegen einer Gleichspannungsquellen erzwungen wird: Dem aus Bauxit gewonnen Aluminiumoxid wird Kohlenstoff als Reduktionsmittel angeboten. Dieser Kohlenstoff wird mittels Anode kontinuierlich zugeführt, verbindet sich zu CO- und CO2-Gasen und brennt entsprechend ab. An der Kathode fällt das reduzierte Aluminium an und kann abgeführt werden. Für die Herstellung von 1 t Aluminium werden ca. 500 kg Anode benötigt.

Reine Elektroden, wie sie in der beschriebenen Elektrolyse gebraucht werden, lassen sich nur mit besonderen Kokssorten herstellen. Darum werden Spezialkoks, wie z.B. der in größeren Mengen erhältliche Petrolkoks verwendet. Als Bindemittel wird Steinkohlenteerpech dem Koksmahlgut zugesetzt. Dieses Pech bleibt als Rückstand bei der Teerdestillation. Bei gewöhnlicher Temperatur ist es fest und lässt sich leicht zerkleinern. Unter Wärmeeinfluss schmilzt es zu einer niedrigviskosen Flüssigkeit, Schmelzpunkt je nach Molekulargewicht 95° bis 120°C.

Zur Gewinnung der Grundmasse für die Herstellung der Elektroden in richtiger Zusammensetzung ist eine entsprechende Aufbereitungsanlage erforderlich. Der angelieferte Petrolkoks wird vorgebrochen, sorgfältig getrocknet, gemahlen, gesiebt, gesichtet und, nach Körnung scharf getrennt, in verschiedenen Bunkern zwischengelagert.

Bestimmte Anteile der Kokskörnung werden nach vorgeschriebenen Rezepten genau abgewogen, vorgewärmt und in beheizten Buss Ko-Knetern mit dem Bindemittel vermischt. Das Bindemittel wird dem Ko-Kneter flüssig zudosiert und direkt in den Prozessraum eingespritzt. Das Bindemittel hat die Aufgabe, die Kokskörner einzuhüllen, in deren Poren einzudringen und sie miteinander zu einer pastösen bzw. breiartigen Masse zu verbinden. Die Masse wird nach dem Verlassen des Ko-Kneters, je nach Verwendung, mit Hilfe von Rüttelverdichtern zu Blockanoden verformt (vorgebrannte Anoden) oder dann zu Briketts (für Söderberg-Öfen) verarbeitet.

Der Elektrolyseprozess läuft absolut kontinuierlich ab und wird nicht unterbrochen. Die Versorgung mit Anoden muss jederzeit sichergestellt sein. Der Einsatz von sogenannter „Prooven Technology“ und damit höchster Zuverlässigkeit der Anlagen ist von zentraler Bedeutung.

Anforderungen an die Aufbereitung

Der BUSS Ko-Kneter ist schon seit den 1950er Jahren die Compoundier-Technologie der Wahl für das Aufbereiten von Anodenmassen. Die Ausstosskapazitäten von anfänglich 4 t/h bis heute 60 t/h und zukünftig 90 t/h können mit dem Compoundier-System in hervorragender Weise gehandhabt werden. Durch eine Optimierung der Technologie und des Verfahrens konnte in den letzten Jahren den gesteigerten Anforderungen durch höhere Gleichstromspannungen (> 500 kA) und sich verschlechternde Rohstoff-Qualitäten äusserst erfolgreich erfüllt oder gar vorgegriffen werden.

In BUSS Compoundier-Maschinen wird Anodenpaste für die Aluminium-Elektrolyse hergestellt wie für diese gestapelten Stäbe.

Die Vorteile der BUSS Technologie gegenüber Alternativen lassen sich wie folgt zusammenfassen:

Jeder Anodenpartikel erfährt im kontinuierlichen Mischprozess die gleiche Mischintensität und Verweilzeit durch den sehr gut kontrollierbaren Knetprozess. Durch den schonenden Mischvorgang bleibt die Partikelgrössenverteilung der Anodenmasse exakt erhalten. Dies ermöglicht exzellente physikalische Eigenschaften der Anodenblöcke und optimales Abbrennverhalten in der Elektrolyse.

Die zur Verfügung stehenden 3 Baugrössen decken die heutigen und die zukünftigen Durchsatzleistungen von 20-90 t/h ab. Die Zuverlässigkeit, die Verfügbarkeit von Verschleissteilen und Services über den ganzen Einsatzdauerzyklus des BUSS Ko-Kneters und des Compoundier-Systems, die meist mehrere Jahrzehnte umfasst, gelten als legendär. Die mehreren 100 Anlagen im Feld und die kontinuierlichen Neuinstallationen zeugen in eindrücklicher Weise davon.

Typisches Anlagenlayout für Anodenmassen

Typisches Anlagenlayout für Anodenpasten Compoundier-Systeme

BUSS Ko-Kneteranlagen bieten folgende spezifische Vorteile

  • Gleichförmige Energieeinleitung, stabiler Prozess
    Die dynamische Drossel der Schneckenwelle sorgt, in Verbindung mit der bewährten Klappendüsentechnologie, für einen stabilen Mischprozess und die Aufbereitung von gleichbleibend hochwertiger Anodenmasse, auch bei wechselnden Rohmaterialzusammensetzungen.

  • Schnelle und einfache Wartung
    Die horizontale Teilung des KX Verfahrensteils ermöglicht einen schnellen Austausch der Misch- und Knetschnecke sowie einen einfachen und sicheren Zugang zum Verfahrensraum für Wartungsarbeiten. Darüber hinaus gestattet dies eine schnelle und einfache Erneuerung von Prozessteilen.

  • Sicherheit an erster Stelle
    Eine elektrische Heizung löst die HTM-Flüssigkeitsheizung ab und eliminiert damit jegliche Verletzungs- oder Brandgefahr. Dank des optimierten Designs, basierend auf bewährter Technologie, wird höchste Anlagen- und Produktionszuverlässigkeit erreicht.

  • Aufrechterhalten der Korngrössenverteilung der Petrolkoksfraktionen
    Durch vergrösserte Scherspalte, in Verbindung mit dynamischer Drosselung, werden Druckspitzen verringert und das Zerteilen von Koksfraktionen erheblich reduziert. Dadurch werden höhere Leitfähigkeiten, niedrigerer Abbrennwerte und dadurch höchstmögliche Anodenmassenqualität erreicht.

  • Breites Durchsatzspektrum
    Die KX-Verfahrensgeometrie ermöglicht ein breites Durchsatzspektrum (bis hinunter auf 40 % des Nenndurchsatzes) bei gleichbleibender Produktqualität, ohne Veränderung der Schneckenkonfiguration.

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  • Buss Kneader technology
  • Buss Kneader Series KX
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