AT527066B1 - Electrolysis device for carrying out fused salt electrolysis - Google Patents
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Abstract
Bei einer Elektrolysevorrichtung (1) zur Durchführung einer Schmelzflusselektrolyse von Schlackenschmelzen, umfassend ein durch ein feuerfest ausgekleidetes Gehäuse (2) gebildetes Schmelzgefäß (3), eine in dem Schmelzgefäß (3) angeordnete Schlackenschmelze (4), einen durch das Gehäuse (2) oder einen Deckel (5) des Gehäuses (2) abgeschlossenen Gasraum (6) über der Schlackenschmelze (4) sowie von zumindest einem Anodenkörper (7) und zumindest einem Kathodenkörper (8) gebildete und in die Schlackenschmelze (4) eintauchende erste (7) und zweite Elektroden (8) für die Schmelzflusselektrolyse, taucht zumindest die erste Elektrode (7) in eine in die Schlackenschmelze (4) eintauchende, elektrisch isolierende Hülse (9) zumindest teilweise ein, wobei die Hülse 9) den Gasraum (6) durchsetzend aus dem Gehäuse (2) geführt ist.In an electrolysis device (1) for carrying out a molten salt electrolysis of slag melts, comprising a melting vessel (3) formed by a refractory-lined housing (2), a slag melt (4) arranged in the melting vessel (3), a gas space (6) above the slag melt (4) closed off by the housing (2) or a cover (5) of the housing (2), and first (7) and second electrodes (8) for the molten salt electrolysis formed by at least one anode body (7) and at least one cathode body (8) and immersed in the slag melt (4), at least the first electrode (7) is immersed at least partially in an electrically insulating sleeve (9) immersed in the slag melt (4), wherein the sleeve (9) is guided out of the housing (2) passing through the gas space (6).
Description
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrolysevorrichtung zur Durchführung einer Schmelzflusselektrolyse von Schlackenschmelzen, umfassend ein durch ein feuerfest ausgekleidetes Gehäuse gebildetes Schmelzgefäß, eine in dem Schmelzgefäß angeordnete Schlackenschmelze, einen durch das Gehäuse oder einen Deckel des Gehäuses abgeschlossenen Gasraum über der Schlackenschmelze sowie von zumindest einem Anodenkörper und zumindest einem Kathodenkörper gebildete und in die Schlackenschmelze eintauchende erste und zweite Elektroden für die Schmelzflusselektrolyse. [0001] The present invention relates to an electrolysis device for carrying out a molten salt electrolysis of slag melts, comprising a melting vessel formed by a refractory-lined housing, a slag melt arranged in the melting vessel, a gas space above the slag melt closed off by the housing or a cover of the housing, and first and second electrodes for the molten salt electrolysis formed by at least one anode body and at least one cathode body and immersed in the slag melt.
[0002] Die Veröffentlichungen DE 2910811 A1, DE 2244040 A1, EP 0092704 A1, DE 2446883 A1 und DE 1082237 B bilden den technischen Hintergrund zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung. [0002] The publications DE 2910811 A1, DE 2244040 A1, EP 0092704 A1, DE 2446883 A1 and DE 1082237 B form the technical background to the subject matter of the present invention.
[0003] Amorphe Hochofenschlacke ist ein wertvoller Zusatzstoff bei der Herstellung von Schlackenzementen und Kompositzementen, wobei der teilweise Ersatz von Klinker durch die entsprechend gemahlene Hochofenschlacke unter Umständen zu um etwa die Hälfte reduzierten Kohlendioxid-Emissionen führen kann. Allerdings fällt in der modernen Stahlproduktion immer weniger Hochofenschlacke an, da der klassische Hochofenprozess unter Verwendung von Koks zur Reduktion der Eisenerze zunehmend zugunsten von Direktreduktionsverfahren unter Einsatz von Wasserstoff zurückgedrängt wird. Diese Direktreduktionsverfahren werden deswegen zunehmend bevorzugt, da deren Kohlendioxid-Fußabdruck im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren deutlich geringer ausfällt. [0003] Amorphous blast furnace slag is a valuable additive in the production of slag cements and composite cements, whereby the partial replacement of clinker with the appropriately ground blast furnace slag can, under certain circumstances, lead to a reduction in carbon dioxide emissions of around half. However, less and less blast furnace slag is being produced in modern steel production, as the classic blast furnace process using coke to reduce iron ore is increasingly being pushed back in favor of direct reduction processes using hydrogen. These direct reduction processes are therefore increasingly preferred because their carbon dioxide footprint is significantly lower than conventional processes.
[0004] Bei den genannten Direktreduktionsprozessen fällt Eisenschwamm an, der zur weiteren Verarbeitung gegebenenfalls zusammen mit Stahlschrott im Elektrolichtbogenofen eingeschmolzen wird. [0004] The above-mentioned direct reduction processes produce sponge iron, which is melted in an electric arc furnace, possibly together with steel scrap, for further processing.
[0005] Dabei fällt eine Schlacke an (Electric Arc Furnace Slag - EAFS), die jedoch für die Herstellung von Zementen vorerst völlig unbrauchbar ist. Typisch für derartige Schlacken sind eine relativ hohe CaO/SiO2-Basizität von 3 bis 5, ein Eisenoxidgehalt von bis zu 35% und zum Teil sehr hohe Schwermetallfrachten. Dies führt dazu, dass derartige Schlacken zumeist deponiert werden müssen und nur zu einem geringen Ausmaß als Füllmaterial im Straßenbau verwendbar sind. Darüberhinaus enthalten die genannten Schlackenschmelzen oder ebenfalls zu verwertende Schmelzen von Klärschlammasche auch Phosphoroxide. Es liegt somit sowohl das thermische Potential der heißen Schlacken als auch das stoffliche Potential der Schlacken brach. Die Umwelt-Gesamtbilanz der Direktreduktionsverfahren ist somit aufgrund des an der Stelle der Zementproduktion erhöhten Kohlendioxid-Ausstoßes sowie der möglichen Umweltbelastungen durch Schwermetalle in den Schlacken zumindest beeinträchtigt. [0005] This produces a slag (Electric Arc Furnace Slag - EAFS), which is initially completely unusable for the production of cement. Typical for such slags are a relatively high CaO/SiO2 basicity of 3 to 5, an iron oxide content of up to 35% and sometimes very high heavy metal loads. This means that such slags usually have to be disposed of and can only be used to a small extent as filler material in road construction. In addition, the slag melts mentioned or melts of sewage sludge ash that can also be recycled also contain phosphorus oxides. This means that both the thermal potential of the hot slags and the material potential of the slags are wasted. The overall environmental balance of the direct reduction processes is therefore at least impaired due to the increased carbon dioxide emissions at the cement production site and the possible environmental pollution caused by heavy metals in the slags.
[0006] Es besteht daher der Bedarf, auch Schlackenschmelzen aus Direktreduktionsverfahren von Eisenoxiden für die Verwertung in der Zementherstellung nutzbar zu machen und dabei eine möglichst effiziente Stofftrennung zu erreichen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Elektrolysevorrichtung anzugeben, die eine effiziente Reduktion derartiger Schlacken unter bestmöglicher Stofftrennung der bei der Reduktion anfallenden Stoffe erlaubt. [0006] There is therefore a need to make slag melts from direct reduction processes of iron oxides usable for use in cement production and to achieve the most efficient possible material separation. The invention is therefore based on the object of specifying an electrolysis device which allows efficient reduction of such slags with the best possible material separation of the materials arising during the reduction.
[0007] Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Elektrolysevorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die erste Elektrode in eine in die Schlackenschmelze eintauchende, elektrisch isolierende Hülse zumindest teilweise eintaucht, wobei die Hülse den Gasraum durchsetzend aus dem Gehäuse geführt ist. Dadurch, dass eine Elektrode von einer elektrisch isolierenden Hülse umgeben ist und die Hülse in die Schlackenschmelze eintaucht und den Gasraum durchsetzend aus dem Gehäuse geführt ist, kann das bei der Elektrolyse an dieser ersten Elektrode anfallende Elektrodengas von dem an der Gegenelektrode anfallenden Elektrodengas abgetrennt und einer separaten Verwertung oder Entsorgung zugeführt werden. Das an der ersten Elektrode entstehende Elektrodengas steigt an der Elektrode entlang auf und wird von der Hülse aus dem Gehäuse geleitet, ohne dass es zu einer Durchmischung mit dem Elektrodengas der Gegenelektrode kommt. Auf diese Weise werden die gasförmigen Spezies, je nachdem an welcher Elektrode sie gebildet wurden, aufgetrennt und können [0007] To achieve this object, an electrolysis device of the type mentioned at the outset is characterized according to the invention in that at least the first electrode is at least partially immersed in an electrically insulating sleeve immersed in the slag melt, the sleeve being guided out of the housing through the gas space. Because an electrode is surrounded by an electrically insulating sleeve and the sleeve is immersed in the slag melt and is guided out of the housing through the gas space, the electrode gas produced at this first electrode during electrolysis can be separated from the electrode gas produced at the counter electrode and fed to separate recycling or disposal. The electrode gas produced at the first electrode rises along the electrode and is guided out of the housing by the sleeve without mixing with the electrode gas of the counter electrode. In this way, the gaseous species are separated depending on which electrode they were formed at and can
entsprechend verwertet oder entsorgt werden. be recycled or disposed of accordingly.
[0008] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die erste Elektrode als Stabelektrode ausgebildet und die Stabelektrode taucht von einer Innenwand der Hülse beabstandet in diese ein. Dies stellt eine vorteilhafte Elektrodenform für die Schmelzflusselektrolyse dar und ist gleichzeitig dahingehend als günstig anzusehen, als die Elektrode unter Erhaltung der Hülse je nach Verbrauch des Elektrodenmaterials ausgetauscht werden kann. [0008] According to a preferred embodiment of the present invention, the first electrode is designed as a rod electrode and the rod electrode dips into the sleeve at a distance from an inner wall of the sleeve. This represents an advantageous electrode shape for fused salt electrolysis and is at the same time considered advantageous in that the electrode can be replaced while retaining the sleeve depending on the consumption of the electrode material.
[0009] Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die erste Elektrode als Hohlelektrode ausgebildet und taucht bevorzugt an einer Innenwand der Hülse anliegend in diese ein. Die Hülse schirmt für den Fall, dass die Hohlelektrode an einer Innenwand der Hülse anliegend in diese eintaucht, die Elektrode galvanisch nach außen ab, sodass das entsprechende Elektrodengas von vornherein nur im Inneren der Hohlelektrode anfallen kann. Das Elektrodengas wird dann wiederum durch die den Gasraum der erfindungsgemäßen Elektrolysevorrichtung durchsetzende Hülse abgeleitet. [0009] According to an alternative embodiment of the present invention, the first electrode is designed as a hollow electrode and preferably dips into the sleeve, resting against an inner wall of the sleeve. In the event that the hollow electrode dips into the sleeve, resting against an inner wall of the sleeve, the sleeve galvanically shields the electrode from the outside, so that the corresponding electrode gas can only accumulate inside the hollow electrode from the outset. The electrode gas is then in turn diverted through the sleeve that passes through the gas space of the electrolysis device according to the invention.
[0010] Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die erste Elektrode aus einer Schüttung von Elektrodenmaterial in der Hülse gebildet. Auch in diesem Fall fällt das Elektrodengas der ersten Elektrode im Inneren der Hülse an, wobei die Schüttung für eine besonders große Oberfläche des aus der Schüttung gebildeten Elektrodenkörpers sorgt. Dies bringt eine verbesserte Reaktionskinetik mit sich. [0010] According to a further alternative embodiment of the present invention, the first electrode is formed from a bed of electrode material in the sleeve. In this case too, the electrode gas of the first electrode accumulates inside the sleeve, the bed ensuring a particularly large surface area of the electrode body formed from the bed. This brings about improved reaction kinetics.
[0011] Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die erste Elektrode von der zweiten Elektrode beabstandet in die zweite Elektrode eintaucht. Es ergibt sich somit eine besonders platzsparende Elektrolysezelle, die darüberhinaus besonders gute Stromdichten und Leistungsdichten bei der Elektrolyse ermöglicht. So wurden bei entsprechenden Versuchen der Anmelderin Stromdichten von 1,25 A/cm* und Leistungsdichten von ungefähr 1 W/cm® ermittelt, was eine rasche und vollständige elektrochemische Umsetzung der Reaktanden gestattet. Bevorzugte Spannungen für die Schmelzflusselektrolyse betragen ungefähr zwischen 3 V und 21 V Gleichspannung. [0011] A preferred embodiment of the present invention provides that the first electrode is immersed in the second electrode at a distance from the second electrode. This results in a particularly space-saving electrolysis cell which also enables particularly good current densities and power densities during electrolysis. In corresponding tests by the applicant, current densities of 1.25 A/cm* and power densities of approximately 1 W/cm® were determined, which allows rapid and complete electrochemical conversion of the reactants. Preferred voltages for fused salt electrolysis are approximately between 3 V and 21 V DC.
[0012] Bevorzugt ist die erste Elektrode als Anode geschaltet und bevorzugt aus einem Material aus der Gruppe bestehend aus Platin, Yitriumoxid-stabilisiertes Zirkonoxid (YSZ), Scandiumoxidstabilisiertes Zirkonoxid (ScSZ), Nickel/Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkonoxid, Nickel-Cermets und Mischkeramiken auf TiO2-Basis gebildet, wobei das Material bevorzugt mit Graphitpulver bis zu einer Menge von 15 Gew.-% versetzt ist. Es bildet sich somit bei einer kohlenstoffhältigen Anode CO als Anodengas und bei inerter Anode aus den soeben genannten Materialen O2 als Anodengas. Die Materialen der Gruppe bestehend aus Platin, Yitriumoxid- stabilisiertes Zirkonoxid (YSZ), Scandiumoxid-stabilisiertes Zirkonoxid (ScSZ), Nickel/Yttriumoxid-stabilisiertes Zirkonoxid, Nickel-Cermets und Mischkeramiken auf TiO2-Basis sind keramische Materialen, bei denen eine Verbesserung des elektrischen Leitwerts um bis zu 30% dann erreicht werden kann, wenn das Material, aus dem die Anode gebildet ist, mit Graphitpulver bis zu einer Menge von 15 Gew.% versetzt ist, wie dies bevorzugt ist. Das Graphitpulver wird zwar zu Beginn der Elektrolyse an der Oberfläche der Elektrode zu CO umgesetzt, nach Verbrauch des Graphitpulvers an der Oberfläche ist die Elektrode wieder als inert anzusehen und der Leitwert ist durch den Graphit im Inneren der Elektrode deutlich erhöht. [0012] Preferably, the first electrode is connected as an anode and preferably formed from a material from the group consisting of platinum, yttrium oxide-stabilized zirconium oxide (YSZ), scandium oxide-stabilized zirconium oxide (ScSZ), nickel/yttrium oxide-stabilized zirconium oxide, nickel cermets and mixed ceramics based on TiO2, wherein the material is preferably mixed with graphite powder up to an amount of 15 wt.%. Thus, with a carbon-containing anode, CO is formed as anode gas and with an inert anode made of the above-mentioned materials, O2 is formed as anode gas. The materials in the group consisting of platinum, yttrium oxide-stabilized zirconium oxide (YSZ), scandium oxide-stabilized zirconium oxide (ScSZ), nickel/yttrium oxide-stabilized zirconium oxide, nickel cermets and mixed ceramics based on TiO2 are ceramic materials in which an improvement in electrical conductivity of up to 30% can be achieved if the material from which the anode is made is mixed with graphite powder up to a quantity of 15% by weight, as is preferred. The graphite powder is converted to CO on the surface of the electrode at the beginning of the electrolysis, but after the graphite powder on the surface has been used up, the electrode can be considered inert again and the conductivity is significantly increased by the graphite inside the electrode.
[0013] Wenn die Schlackenschmelze auch Phosphoroxide enthält, wird neben diesen genannten Gasen auch zusätzlich P2 als Kathodengas erhalten. Dies kann dann der Fall sein, wenn beispielsweise Klärschlammasche als SiO2- und Al‚Os-Träger zugesetzt wird, um zum einen im Interesse einer geringen Schlackenviskosität die CaO/SiO2-Basizität der Schlackenschmelze auf Werte von etwa 0,8 bis 1,4 zu senken und gleichzeitig durch die Zugabe von Al-Trägern eine spontane Reduktion der Schlackenschmelze zu erreichen. Auch die Zugabe von Apatiten kann hier in Betracht gezogen werden, um zum einen die CaO/SiO2-Basizität durch den Ca-Anteil des Apatits zu beeinflussen und zum anderen die Phosphor-Ausbeute zu erhöhen. [0013] If the slag melt also contains phosphorus oxides, P2 is also obtained as a cathode gas in addition to these gases. This can be the case if, for example, sewage sludge ash is added as a SiO2 and Al,Os carrier in order to reduce the CaO/SiO2 basicity of the slag melt to values of about 0.8 to 1.4 in the interest of low slag viscosity and at the same time to achieve a spontaneous reduction in the slag melt by adding Al carriers. The addition of apatites can also be considered here in order to influence the CaO/SiO2 basicity through the Ca content of the apatite and to increase the phosphorus yield.
[0014] Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sollen auch große Mengen an Schlackenschmelze aufzuarbeiten sein. Um dies zu ermöglichen, ist die vorliegende Erfindung gemäß einer bevor-[0014] The device according to the invention is also intended to process large quantities of slag melt. To make this possible, the present invention is designed according to a preferred
zugten Ausführungsform dahingehend weitergebildet, dass eine Mehrzahl von Elektrodenkörpern der ersten Elektrode in dem Schmelzgefäß angeordnet ist. Die erste Elektrode wird somit von einer Mehrzahl von Elektrodenkörpern gebildet, die in ihren Dimensionen und in ihrer Menge an die Größe und damit an das Platzangebot im Schmelzgefäß angepasst sind. In the preferred embodiment, the electrode body is further developed in such a way that a plurality of electrode bodies of the first electrode are arranged in the melting vessel. The first electrode is thus formed by a plurality of electrode bodies, the dimensions and quantity of which are adapted to the size and thus to the space available in the melting vessel.
[0015] Es kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung mit nur einem einzigen Elektrodenkörper der zweiten Elektrode das Auslangen gefunden werden, es ist jedoch, wie schon im Zusammenhang mit der ersten Elektrode erörtert, bevorzugt, dass eine Mehrzahl von Elektrodenkörpern der zweiten Elektrode in dem Schmelzgefäß angeordnet ist. [0015] Within the scope of the present invention, it may be sufficient to use only a single electrode body of the second electrode, but, as already discussed in connection with the first electrode, it is preferred that a plurality of electrode bodies of the second electrode are arranged in the melting vessel.
[0016] Eine besonders effektive und daher bevorzugte Art der Ausbildung der zweiten Elektrode wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung dann erzielt, wenn die zweite Elektrode als Block aus einem leitfähigen Material mit einer Mehrzahl von den Block durchsetzenden, bevorzugt vollständig durchsetzenden, Ausnehmungen ausgebildet ist, in welche Ausnehmungen die Elektrodenkörper der ersten Elektrode eintauchen. Die zweite Elektrode wird in diesem Fall von einem Block, beispielsweise aus Graphit, gebildet, der eine Vielzahl von Ausnehmung beziehungsweise Bohrungen für die Aufnahme einer entsprechenden Zahl von Elektrodenkörpern der ersten Elektrode aufweist. So kann eine Vielzahl von Elektrodenkörpern durch einen soliden Block ersetzt werden, der eine Vielzahl von Elektrodenkörpern der ersten Elektroden aufnehmen kann. Der Block kann hierbei einfach im Schmelzgefäß abgestellt werden, ohne dass Vorkehrungen zur Befestigung der Elektrodenkörper der zweiten Elektrode getroffen werden müssen. [0016] A particularly effective and therefore preferred way of forming the second electrode is achieved in connection with the present invention when the second electrode is designed as a block made of a conductive material with a plurality of recesses that pass through the block, preferably completely through it, into which recesses the electrode bodies of the first electrode are immersed. In this case, the second electrode is formed by a block, for example made of graphite, which has a plurality of recesses or holes for receiving a corresponding number of electrode bodies of the first electrode. In this way, a plurality of electrode bodies can be replaced by a solid block that can receive a plurality of electrode bodies of the first electrodes. The block can simply be placed in the melting vessel without any precautions having to be taken to secure the electrode bodies of the second electrode.
[0017] Wenn im Rahmen der vorliegenden Erfindung Graphit, beispielsweise für die Elektrodenkörper, verwendet wird, empfiehlt es sich, der Schlackenschmelze Kohlestaub zuzufügen. Dies verringert den Graphitverschleiß an der Kathode und setzt den Schmelzpunkt des gebildeten Metalls, insbesondere des gebildeten Eisens durch Legierungsbildung und der Bildung eines Eutektikums bei ungefähr 1350°C bis 1600°C herab. Das an der Kathode naszierende elementare Eisen hat eine starke Affinität zu Kohlenstoff und neigt daher zur Aufkohlung. Naszierendes Eisen würde daher Kohlenstoff der Graphitmodifikation aus der Kathode lösen, was zu einem raschen Abbau der Elektrode führen würde. Das Zusetzen von Kohlestaub stellt dem naszierenden Eisen eine leichter verfügbare Kohlenstoffquelle zur Verfügung, aus der die Aufkohlungstendenz des Eisens bis zur Sättigung mit Kohlenstoff bedient werden kann. Aufgrund der UÜberspannung (EMK) an der Kathode nimmt der zugesetzte Kohlestaub nur in geringem Ausmaß an der Reduktion der Phosphat- und Eisenspezies der Schlackenschmelze teil und es bildet sich eine aufsteigende Kohlenstaubsuspension im Schlackenfluss aus. Die Geschwindigkeit des aufsteigenden Kohlenstaubs wird durch die Geschwindigkeit des absteigenden Schlackenschmelzestroms kompensiert und es bildet sich eine Art stationäre Wirbelschicht der Kohlenstoffpartikel aus. Die Kohlenstoffpartikel werden durch die Schlackenschmelze praktisch nicht benetzt, sodass hier nur eine geringe CO-Bildung durch Reduktion von P2Os und FeOx,x zu beobachten ist und der durch den Kohlestaub eingebrachte Kohlenstoff folglich primär der Aufkohlung des naszierenden Eisens zur Verfügung steht. [0017] If graphite is used in the context of the present invention, for example for the electrode bodies, it is advisable to add coal dust to the slag melt. This reduces graphite wear on the cathode and lowers the melting point of the metal formed, in particular the iron formed, by alloy formation and the formation of a eutectic at approximately 1350°C to 1600°C. The elemental iron nascent at the cathode has a strong affinity for carbon and therefore tends to carburize. Nascent iron would therefore release carbon of the graphite modification from the cathode, which would lead to rapid degradation of the electrode. The addition of coal dust provides the nascent iron with a more readily available carbon source from which the carburizing tendency of the iron can be served until it is saturated with carbon. Due to the overvoltage (EMF) at the cathode, the added coal dust only participates to a small extent in the reduction of the phosphate and iron species in the slag melt and an ascending coal dust suspension forms in the slag flow. The speed of the ascending coal dust is compensated by the speed of the descending slag melt flow and a kind of stationary fluidized bed of carbon particles forms. The carbon particles are practically not wetted by the slag melt, so that only a small amount of CO formation can be observed through the reduction of P2Os and FeOx,x and the carbon introduced by the coal dust is therefore primarily available for the carburization of the nascent iron.
[0018] Die elektrochemisch umgesetzte Schlackenschmelze muss entweder batchweise oder bevorzugt kontinuierlich abgezogen werden, um ausreichende Reduktionskapazitäten mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielen zu können. Zu diesem Zweck weist das Schmelzgefäß in bevorzugter Weise eine Abzugsvorrichtung für die Schlackenschmelze auf, wobei bevorzugt die Abzugsvorrichtung als Uberlauf ausgebildet ist. Die Schlackenschmelze wird von der Oberfläche abgezogen und reduziertes Metall sammelt sich am Boden des Schmelzgefäßes. [0018] The electrochemically converted slag melt must be withdrawn either batchwise or preferably continuously in order to be able to achieve sufficient reduction capacities with the device according to the invention. For this purpose, the melting vessel preferably has a withdrawal device for the slag melt, wherein the withdrawal device is preferably designed as an overflow. The slag melt is withdrawn from the surface and reduced metal collects at the bottom of the melting vessel.
[0019] Um den Austritt von Elektrodengas der zweiten Elektrode zu vermeiden, beispielsweise um P; als Kathodengas kontrolliert aus dem Gasraum der erfindungsgemäßen Vorrichtung gewinnen zu können und dessen unkontrollierten Austritt durch die Abzugsvorrichtung wirksam zu verhindern, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Abzugsvorrichtung in einem Bereich des Schmelzgefäßes angeordnet ist, der durch eine den Gasraum durchsetzenden und in die Schlackenschmelze eintauchende und von einem Boden des Schmelzgefäßes beabstandete Wandung vom Gasraum abgetrennt ist. Hierdurch wird im Bereich der Schlackenschmelze im Schmelzgefäß ein Siphon gebildet, aus dem die Schlacken-[0019] In order to prevent the escape of electrode gas from the second electrode, for example in order to be able to extract P; as a cathode gas in a controlled manner from the gas space of the device according to the invention and to effectively prevent its uncontrolled escape through the extraction device, according to a preferred embodiment of the present invention the extraction device is arranged in a region of the melting vessel which is separated from the gas space by a wall which passes through the gas space and dips into the slag melt and is spaced from a bottom of the melting vessel. This forms a siphon in the region of the slag melt in the melting vessel, from which the slag
schmelze abgezogen werden kann. Bevorzugt werden daher in diesem Bereich keine Elektrodenkörper angeordnet. melt can be removed. It is therefore preferable not to arrange electrode bodies in this area.
[0020] Bevorzugt weist das Schmelzgefäß eine Zuführvorrichtung für die Schlackenschmelze auf, wobei bevorzugt die Zuführvorrichtung als Wehr oder als beheizbares Zuflussrohr gebildet ist. Ein solches Zuflussrohr kann so ausgelegt werden, dass die Schlackenschmelze in dem Zuflussrohr einfriert, wenn das Rohr nicht beheizt wird. Zum Zuführen weiterer Schlackenschmelze wird das Rohr induktiv beheizt, sodass die Schlackenschmelze in dem Rohr wiederum schmilzt und der Durchfluss folglich freigegeben wird. [0020] Preferably, the melting vessel has a feed device for the slag melt, wherein the feed device is preferably formed as a weir or as a heatable inflow pipe. Such an inflow pipe can be designed so that the slag melt freezes in the inflow pipe if the pipe is not heated. To feed further slag melt, the pipe is inductively heated so that the slag melt in the pipe melts again and the flow is consequently released.
[0021] Um nun auch das sich am Boden des Schmelzgefäßes sammelnde reduzierte Metal abstechen zu können, weist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Schmelzgefäß eine Abstichvorrichtung für sich am Boden des Schmelzgefäßes sammelnde, reduzierte Metallschmelze auf. [0021] In order to be able to tap off the reduced metal collecting at the bottom of the melting vessel, according to a preferred embodiment of the present invention the melting vessel has a tapping device for reduced metal melt collecting at the bottom of the melting vessel.
[0022] Die Abstichvorrichtung ist bevorzugt von einem induktiv beheizbaren Abflussrohr gebildet. Ein solches Rohr kann so ausgelegt werden, dass die Metallschmelze in dem Abflussrohr einfriert, wenn das Rohr nicht beheizt wird. Zum Abstechen des Metallregulus wird das Rohr induktiv beheizt, sodass das Metall in dem Rohr wiederum schmilzt und der Durchfluss folglich freigegeben wird. [0022] The tapping device is preferably formed by an inductively heatable drain pipe. Such a pipe can be designed so that the molten metal in the drain pipe freezes when the pipe is not heated. To tap the metal regulus, the pipe is inductively heated so that the metal in the pipe melts again and the flow is consequently released.
[0023] Die Hülse sollte aus einem elektrisch möglichst isolierenden und gleichzeitig überaus Temperatur-unempfindlichen Material bestehen. Aus diesem Grund besteht die Hülse gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus Aluminiumoxid. [0023] The sleeve should be made of a material that is as electrically insulating as possible and at the same time extremely insensitive to temperature. For this reason, according to a preferred embodiment of the present invention, the sleeve is made of aluminum oxide.
[0024] Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die erste Elektrode in axialer Richtung oszillierend heb- und senkbar angeordnet, bevorzugt mit einem Hub von 0,5 mm und weiters bevorzugt mit einer Oszillationsfrequenz von 50 Hz bis 200 Hz. Dies führt zu einer kleinräumigen Turbulenz der Elektrodengasströmung an der Elektrodenoberfläche, wodurch es zu einer verbesserten Ablösung der Anodengasbläschen kommt. [0024] According to a preferred embodiment of the present invention, the first electrode is arranged to be raised and lowered in an oscillating manner in the axial direction, preferably with a stroke of 0.5 mm and further preferably with an oscillation frequency of 50 Hz to 200 Hz. This leads to a small-scale turbulence of the electrode gas flow on the electrode surface, which leads to an improved detachment of the anode gas bubbles.
[0025] Zum selben Zweck kann die erfindungsgemäße Elektrolysevorrichtung bevorzugt dahingehend weitergebildet sein, dass die erste Elektrode um die axiale Richtung drehbar angeordnet ist. [0025] For the same purpose, the electrolysis device according to the invention can preferably be further developed such that the first electrode is arranged to be rotatable about the axial direction.
[0026] Um die Ablösung des Anodengases weiter zu fördern, ist die erfindungsgemäße ElektroIysevorrichtung bevorzugt dahingehend weitergebildet, dass eine Steuereinrichtung bereitgestellt ist, mit der zwischen der ersten und der zweiten Elektrode eine zwischen 3V und 21V mit einem Intervall zwischen 1 und 10 Sekunden, bevorzugt zwischen 3 und 10 Sekunden und insbesondere bevorzugt mit einem Intervall von 5 Sekunden schwankende Spannung anlegbar ist. Dies führt in regelmäßigen Abständen zu einer Depolarisation der Elektroden, wodurch sich das Elektrodengas von den Elektroden ablöst und die Oberflächen der Elektroden freigegeben werden. Unter Umständen kann auch in längeren Zeitabständen eine Umkehr der Polarität der Elektroden vorgenommen werden, um eine vollständige Ablösung des Elektrodengases zu bewirken. [0026] In order to further promote the detachment of the anode gas, the electrolysis device according to the invention is preferably further developed in such a way that a control device is provided with which a voltage fluctuating between 3V and 21V can be applied between the first and the second electrode at an interval of between 1 and 10 seconds, preferably between 3 and 10 seconds and particularly preferably at an interval of 5 seconds. This leads to a depolarization of the electrodes at regular intervals, whereby the electrode gas detaches from the electrodes and the surfaces of the electrodes are exposed. Under certain circumstances, the polarity of the electrodes can also be reversed at longer intervals in order to bring about a complete detachment of the electrode gas.
[0027] Zur Erhöhung der Ausbeute kann die erfindungsgemäße Elektrolysevorrichtung dahingehend optimiert sein, dass die Schlackenschmelze in dem Schmelzgefäß Halogenide in einer Menge von 3 Gew.-% bis 15% Gew.-% bevorzugt von 8 Gew.-% bis 10 Gew.-% enthält, wobei bevorzugt die Halogenide aus Stahlwerksstäuben, Elektroofenschlacken und Stäuben aus der Müllverbrennung stammen. Die Halogenide, insbesondere Chlorid und Fluorid sind Lewis-Basen und wirken vermutlich durch lonenaustauschvorgänge günstig auf das Reaktionsgleichgewicht, indem die Kationen der reduzierten Oxide durch die Halogenid Anionen gebunden und unlöslich ausgefällt werden. [0027] To increase the yield, the electrolysis device according to the invention can be optimized such that the slag melt in the melting vessel contains halides in an amount of 3% by weight to 15% by weight, preferably 8% by weight to 10% by weight, with the halides preferably originating from steelworks dust, electric furnace slag and dust from waste incineration. The halides, in particular chloride and fluoride, are Lewis bases and presumably have a beneficial effect on the reaction equilibrium through ion exchange processes, in that the cations of the reduced oxides are bound by the halide anions and precipitated in an insoluble manner.
[0028] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In dieser zeigen [0028] The invention is explained in more detail below with reference to an embodiment shown in the drawing.
[0029] Figur 1 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Elektrolysevorrichtung, [0029] Figure 1 is a sectional view of an electrolysis device according to the invention,
[0030] Figur 2 eine weitere Darstellung mit einer Abstichvorrichtung für reduziertes Metall, insbesondere Eisen, [0030] Figure 2 shows a further illustration with a tapping device for reduced metal, in particular iron,
[0031] Figur 3 eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der Draufsicht, bei der die zweite Elektrode als Graphitblock ausgeführt ist, [0031] Figure 3 shows a preferred embodiment of the present invention in plan view, in which the second electrode is designed as a graphite block,
[0032] Figur 4 eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Hohlelektrode und [0032] Figure 4 shows a preferred embodiment of the present invention with a hollow electrode and
[0033] Figur 5 eine bevorzugte Ausführungsform, bei der die erste Elektrode als Schüttung in der Hülse ausgebildet ist. [0033] Figure 5 shows a preferred embodiment in which the first electrode is formed as a fill in the sleeve.
[0034] In Figur 1 ist die erfindungsgemäße Elektrolysevorrichtung mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Die Vorrichtung umfasst ein feuerfest ausgekleidetes Gehäuse 2, welches ein Schmelzgefäß 3 ausbildet. In dem Schmelzgefäß 3 befindet sich die umzusetzende Schlackenschmelze 4. Das Gehäuse 2 weist einen Deckel bzw. Gehäusedeckel 5 auf, der einen Gasraum 6 über der Schlackenschmelze 4 abschließt. In die Schlackenschmelze 4 eintauchend sind Anodenkörper 7 und Kathodenkörper 8 angeordnet und bilden somit erste Elektroden 7 und zweite Elektroden 8 für die Schmelzflusselektrolyse. [0034] In Figure 1, the electrolysis device according to the invention is designated with the reference number 1. The device comprises a refractory-lined housing 2, which forms a melting vessel 3. The slag melt 4 to be converted is located in the melting vessel 3. The housing 2 has a lid or housing lid 5, which closes off a gas space 6 above the slag melt 4. Anode bodies 7 and cathode bodies 8 are arranged immersed in the slag melt 4 and thus form first electrodes 7 and second electrodes 8 for the molten salt electrolysis.
[0035] Die erste Elektrode 7 taucht in eine elektrisch isolierende Hülse 9 ein und ist von einer Innenwand der Hülse 9 beabstandet, um der Schlackenschmelze 4 den Zutritt zu den Elektrodenoberflächen und den Stoffaustausch an den Oberflächen zu ermöglichen. Die Hülse 9 durchsetzt den Gasraum 6 und ist aus dem Gehäuse 2 geführt. [0035] The first electrode 7 is immersed in an electrically insulating sleeve 9 and is spaced from an inner wall of the sleeve 9 in order to allow the slag melt 4 access to the electrode surfaces and the exchange of materials on the surfaces. The sleeve 9 passes through the gas space 6 and is led out of the housing 2.
[0036] Die ersten Elektrodenkörper 7 tauchen von den zweiten Elektrodenkörpern 8 beabstandet in die zweite Elektrode 8 ein und bilden dabei eine Vielzahl von Elektrolysezellen aus, was es gestattet, große Mengen von Schlackenschmelze 4 umzusetzen. Die Temperatur der Schlackenschmelze beträgt im Rahmen der vorliegenden Erfindung üblicherweise 1380°C bis 1810°C. [0036] The first electrode bodies 7 dip into the second electrode 8 at a distance from the second electrode bodies 8 and thereby form a plurality of electrolysis cells, which allows large quantities of slag melt 4 to be converted. The temperature of the slag melt in the context of the present invention is usually 1380°C to 1810°C.
[0037] Das Schmelzgefäß 3 weist eine Abzugsvorrichtung 10 für die Schlackenschmelze auf, wobei die Abzugsvorrichtung 10 als Uberlauf 10 ausgebildet ist. Der UÜberlauf 10 ist in einem Bereich des Schmelzgefäßes 3 angeordnet, der durch eine den Gasraum 6 durchsetzende und in die Schlackenschmelze 4 eintauchende und von einem Boden 11 des Schmelzgefäßes 3 beabstandete Wandung 12 vom Gasraum 6 abgetrennt ist. [0037] The melting vessel 3 has a discharge device 10 for the slag melt, wherein the discharge device 10 is designed as an overflow 10. The overflow 10 is arranged in a region of the melting vessel 3 which is separated from the gas space 6 by a wall 12 which passes through the gas space 6 and dips into the slag melt 4 and is spaced from a bottom 11 of the melting vessel 3.
[0038] Wie durch die Pfeilscharen 13 veranschaulicht, steigt das an der ersten Elektrode 7, in diesem Fall der Anode 7 gebildet Elektrodengas, beispielsweise CO und/oder O2 entlang des Anodenkörpers 7 auf und tritt in die Hülse 9 ein. Dadurch gelangt das Elektrodengas 13 nicht in den Gasraum 6. Gleichzeitig steigt das an der zweiten Elektrode 8 gebildete Elektrodengas an der Wand der zweiten Elektrode 8, in diesem Fall der Kathode auf und wird in den Gasraum 6 entlassen, wo es getrennt vom Elektrodengas der ersten Elektrode 7 abgezogen werden kann. Dies ist in Figur 1 durch die Pfeilschar 14 veranschaulicht. Am Boden 11 des Schmelzgefäßes 3 bildet sich durch hinabrinnendes reduziertes Metall, veranschaulicht durch die Pfeile 15, ein Metallbad 16, größtenteils aus Eisen, aus. [0038] As illustrated by the arrows 13, the electrode gas formed at the first electrode 7, in this case the anode 7, for example CO and/or O2, rises along the anode body 7 and enters the sleeve 9. As a result, the electrode gas 13 does not enter the gas space 6. At the same time, the electrode gas formed at the second electrode 8 rises up the wall of the second electrode 8, in this case the cathode, and is released into the gas space 6, where it can be removed separately from the electrode gas of the first electrode 7. This is illustrated in Figure 1 by the arrows 14. A metal bath 16, mostly made of iron, forms at the bottom 11 of the melting vessel 3 as a result of reduced metal running down, illustrated by the arrows 15.
[0039] Die soeben beschriebene Elektrolysezelle ist nun in Figur 2 noch einmal größer dargestellt und gleiche Teile sind in Figur 2 sowie den weiteren Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Zusätzlich ist eine Abstichvorrichtung 17 für sich am Boden 11 des Schmelzgefäßes 3 sammelnde, reduzierte Metallschmelze 16 in Form eines induktiv beheizbaren Abflussrohrs 17 zu erkennen. Das Abflussrohr 17 ist mit einer Induktionsvorrichtung 18 versehen, um das Abflussrohr 17 selektiv zu beheizen, um in dem Rohr 17 eingefrorene Metallschmelze 16 zu verflüssigen und damit den Durchfluss freizugeben. [0039] The electrolysis cell just described is now shown in a larger size in Figure 2 and identical parts are provided with identical reference numerals in Figure 2 and the other figures. In addition, a tapping device 17 for reduced molten metal 16 collecting on the bottom 11 of the melting vessel 3 can be seen in the form of an inductively heatable drain pipe 17. The drain pipe 17 is provided with an induction device 18 in order to selectively heat the drain pipe 17 in order to liquefy molten metal 16 frozen in the pipe 17 and thus release the flow.
[0040] In Figur 3 ist schließlich zu erkennen, dass die zweite Elektrode 8 als Block 8 ausgebildet sein kann mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen 19, in welche die ersten Elektroden 7 eintauchen. Die Ausnehmungen in dem Block 8 durchsetzen den Block 8 vollständig, um den Durchstrom der Schlackenschmelze 4 zu gestatten. [0040] Finally, it can be seen in Figure 3 that the second electrode 8 can be designed as a block 8 with a plurality of recesses 19 into which the first electrodes 7 are immersed. The recesses in the block 8 penetrate the block 8 completely in order to allow the slag melt 4 to flow through.
[0041] In Figur 4 ist die erste Elektrode 7 als Hohlelektrode ausgebildet, und taucht dergestalt in die Hülse 9 ein, dass sie an der Innenwand 9a der Hülse 9 anliegt. Die Hülse 9 durchsetzt wiederum den Gasraum 6 und ist aus dem Gehäuse 2 geführt. Wie erneut durch die Pfeilscharen 13 veranschaulicht, steigt das an der ersten Elektrode 7, in diesem Fall der Anode 7 gebildet Elekt-[0041] In Figure 4, the first electrode 7 is designed as a hollow electrode and is immersed in the sleeve 9 in such a way that it rests against the inner wall 9a of the sleeve 9. The sleeve 9 in turn passes through the gas space 6 and is led out of the housing 2. As again illustrated by the arrows 13, the electrical current formed at the first electrode 7, in this case the anode 7, rises.
rodengas, beispielsweise CO und/oder O2 entlang des Anodenkörpers 7 auf, wobei die Hülse 9 die Außenseite 7a der Elektrode 7 galvanisch von der Schlackenschmelze 4 abschirmt. Dadurch kommt es außerhalb der Elektrode 7 zu keiner Gasbildung und das Elektrodengas kann quantitativ aus dem Gehäuse 2 geführt werden. slag gas, for example CO and/or O2, along the anode body 7, the sleeve 9 galvanically shielding the outside 7a of the electrode 7 from the slag melt 4. As a result, no gas formation occurs outside the electrode 7 and the electrode gas can be quantitatively led out of the housing 2.
[0042] Die Ausführungsform der Figur 5 unterscheidet sich von jener, die in Figur 4 dargestellt ist, im Wesentlichen dadurch, dass die Elektrode 7 als Schüttung 20 von unterschiedlich großen Partikeln von Elektrodenmaterial ausgebildet ist. Die Hülse 9 umgibt die Elektrode wiederum und das Elektrodengas kann aus dem Gehäuse 2 geführt werden. [0042] The embodiment of Figure 5 differs from that shown in Figure 4 essentially in that the electrode 7 is designed as a bed 20 of particles of electrode material of different sizes. The sleeve 9 in turn surrounds the electrode and the electrode gas can be guided out of the housing 2.
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1082237B (en) * | 1959-02-14 | 1960-05-25 | Feldmuehle Papier Und Zellstof | Metallic power supply to horizontal graphite electrode plates in electrolytic cells |
| DE2244040A1 (en) * | 1971-09-07 | 1973-03-29 | Aluminum Co Of America | ELECTRODE ARRANGEMENT FOR ELECTROLYTIC CELLS |
| DE2446883A1 (en) * | 1973-10-01 | 1975-05-22 | Electrolyte Serv | DEVICE FOR ELECTROLYTIC METAL DEPOSITION |
| DE2910811A1 (en) * | 1979-02-16 | 1980-08-21 | Alusuisse | POWER CONDUCTOR DEVICE FOR ELECTRODE |
| EP0092704A1 (en) * | 1982-04-26 | 1983-11-02 | C. CONRADTY NÜRNBERG GmbH & Co. KG | Use of temperature and corrosion resistant gas-tight material as a protective coating of the metal part of combination electrodes for the production of metals by igneous electrolysis, and guard rings made therefrom |
-
2023
- 2023-10-05 AT ATA113/2023A patent/AT527066B1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1082237B (en) * | 1959-02-14 | 1960-05-25 | Feldmuehle Papier Und Zellstof | Metallic power supply to horizontal graphite electrode plates in electrolytic cells |
| DE2244040A1 (en) * | 1971-09-07 | 1973-03-29 | Aluminum Co Of America | ELECTRODE ARRANGEMENT FOR ELECTROLYTIC CELLS |
| DE2446883A1 (en) * | 1973-10-01 | 1975-05-22 | Electrolyte Serv | DEVICE FOR ELECTROLYTIC METAL DEPOSITION |
| DE2910811A1 (en) * | 1979-02-16 | 1980-08-21 | Alusuisse | POWER CONDUCTOR DEVICE FOR ELECTRODE |
| EP0092704A1 (en) * | 1982-04-26 | 1983-11-02 | C. CONRADTY NÜRNBERG GmbH & Co. KG | Use of temperature and corrosion resistant gas-tight material as a protective coating of the metal part of combination electrodes for the production of metals by igneous electrolysis, and guard rings made therefrom |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AT527066A1 (en) | 2024-10-15 |
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