Anodos Etc Venalum
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Anodos Etc Venalum
Julio 2007
INTRODUCCIN
Para la produccin electroltica de aluminio primario se necesitan como materias primas
fundamentales energa, electrolitos y electrodos de carbn. Los electrodos de carbn
son los nodos y el ctodos, los cuales fungen como polo positivo y negativo
respectivamente. El ctodo o superficie catdica es muy susceptibles a ser penetrados
por los compuestos lquidos de la celda, a saber: metal lquido, sodio, formacin de
carburo de aluminio, etc. Se han estudiado muchos recubrimientos para a proteccin
del ctodo entre ellos recubrimientos a base de TiB 2, sin embargo la aplicacin industrial
es bastante costosa. En el presente estudio se pretende desarrollar un protector de la
superficie catdica a base de TiB 2, desde el punto de vista de composicin como del
desarrollo de la metodologa de aplicacin que lo sea econmicamente factible.
PREGUNTA PROBLEMA
De que manera se puede proteger al ctodo de la penetracin de los compuestos
lquidos de una celda de reduccin?
JUSTIFICACIN
El tiempo de vida til de una celda de reduccin electroltica de alumina para la
produccin de aluminio primario, depende en un 30% aproximadamente del conjunto
catdico. Adicionalmente, este conjunto es irreemplazable, es decir una vez que este
cumple su rol, la celda completa debe ser desincorporada de operaciones. Las
estadsticas de las causas de celdas fuera de servicio en CVG Alcasa indican que la
mayora estn asociadas a la penetracin prematura ya sea de bao electroltico,
aluminio metlico y/o sodio, en fin penetracin de los elementos disueltos en la parte
lquida que participan en la produccin de aluminio metlico. Con la aplicacin de un
componente que inhiba la penetracin de dichos elementos, la falla temprana de la
celda puede evitarse y por lo tanto se contribuira a incrementar el tiempo de duracin
de la celda en operacin.
OBJETIVOS
Objetivo General
Incrementar el tiempo de vida til de las Celdas Hall-Heroult de CVG-Alcasa a travs de
la aplicacin de un recubrimiento protector sobre la superficie catdica, con el cual se
impida o minimice la penetracin de sodio, aluminio o bao electroltico.
Aplicacin de una sustancia protectora contra el desgaste de la superficie catdica en
una celda productora de aluminio por va electroltica.
Objetivos Especficos
1. Construccin de celda electroltica a escala piloto en donde se lleve a cabo la
evaluacin del ctodo protegido.
2. Determinar el proceso de sntesis del material protector de la superficie catdica.
Desarrollo de una sustancia protectora o inhibidora de la superficie catdica a
escala piloto.
3. Definir la tcnica ms adecuada para la aplicacin del recubrimiento protector
sobre la superficie catdica de la celda piloto. Desarrollo de metodologa de
aplicacin de una sustancia protectora o inhibidora de la superficie catdica a
escala piloto.
4. Estimacin del impacto ambiental, en trminos de la generacin de desechos
catdicos, que tendr la aplicacin del material protector de la superficie
catdica.
5. Estimacin del incremento del tiempo de vida til del conjunto catdico de una
celda de reduccin electroltica industrial.
ALCANCE
La mayor parte de la investigacin se desarrollar a escala de laboratorio. Los anlisis y
ensayos se realizaran en los laboratorios del IVIC, CVG Alcasa, USB, UDO, etc. Sin
embargo, los ctodos sern recubiertos con el material que lo proteger de la
penetracin por sodio, bao electroltico y aluminio lquido, los mismos sern probados
en celdas electrolticas a escala piloto, a las cuales se les realizaran los ensayos
respectivos. Finalmente los resultados se extrapolarn para estudiar la factibilidad de
ser aplicados en las celdas industriales de la planta CVG-Alcasa.
ANTECEDENTES
Jorg Mittag (1990) comprob que las celdas productoras de aluminio pueden durar mas
de 4000 das y en cuyos ctodos presentan las siguientes caractersticas: no se
observan grietas o infiltraciones y en particular no hay formacin de carburo de
aluminio, se encontr un amplio rango de valores de resistencia elctrica con una
sustancial disminucin para boques grafticos que en los bloques amorfos. La diferencia
de resistencia a la erosin es pequea entre ctodos amorfos y grafticos. (11)
J. Thonstand (1982) encontr que para iniciar la formacin de costra en el fondo de la
celda se necesitan dos condiciones: exceso de alumina y una diferencia de temperatura
entre el lodo y el fondo del ctodo la cual debe ser mayor de 15 a 20C. (10)
Utigard (1994) encontr que la disolucin de alumina sucede a travs de varios pasos
los cuales incluyen: formacin de aglomerados de alumina, congelamiento y refundido
de la costra formada en el fondo del ctodo e infiltracin de electrolitos. (29)
Rudolf Keller (1992) encontr un mtodo para seguir la reaccin entre sodio, carbn y
nitrgeno en el tiempo, para la formacin de cianuro y la cual aparentemente se da para
temperaturas por encima de los 600C, pero ms suavemente se da para temperaturas
cercanas a los 530C, encontr tambin que las mayores concentraciones de cianuros
se localizan en las partes compactadas del revestimiento, debido a un incremento de
penetracin de nitrgeno en la celda. (23)
Jilai Xue (1994) encontr que los estados de la cintica para la formacin de carburo de
aluminio son el ataque por difusin de aluminio a travs de una pelcula de xido para
llegar al carbn, con un continuo crecimiento en la interfase con extensin en el
aluminio y expansin en el volumen final, rompiendo los enlaces interfaciales, las
continuas reacciones son principalmente controladas mediante la difusin de carbono a
travs de carburo de aluminio, los carburos se forman preferencialmente en los poros
del material carbonoso. (12)
Xian-an Liao (1998) encontr en ensayos de laboratorio, que la corrosin qumica de la
superficie catdica es la responsable del desgaste ms fuerte que la abrasin fsica.
Estas son suprimidas en lodos de alumina. Esta supresin se debe a la viscosidad y
limpieza de este lodo, velocidad de movimiento y rugosidad de la muestra, y la
humectabilidad entre este lodo y la muestra. La concentracin de Al 4C3 (carburo de
aluminio) tiene una pequea influencia sobre la razn de desgaste de la superficie
catdica durante la electrlisis, esto indica que el mecanismo de desgaste es
probablemente a travs de la formacin y remocin de carburo, y que la disolucin de
carburo es suave. El carbn graftico y antractico tienen aproximadamente la misma
resistencia a la corrosin qumica debido a la formacin de carburo. (32)
Parin Rafiei (2001) encontr durante ensayos de laboratorio y los respectivos anlisis,
que el carburo de aluminio se forma dentro de los poros y grietas de las muestras de
carbn de ctodos y el cual esta asociado a la penetracin de electrolito. Esta
formacin es formada por reaccin electroqumica ya que el aluminio depositado sobre
la superficie realmente es desplazado. De igual manera encontr que esta formacin se
ve favorecida por el desorden estructural de las muestras carbonosas por lo que la
formacin de carburo de aluminio es mayor para material antractico que para los
grafticos. (21)
L.P. Lossius (1993) encontr que las fases presentes pueden determinarse por
difraccin de Rayos X. (17)
Morten Sorlie (1993) encontr que autopsias de celdas con fallas prematuras son una
invaluable herramienta para el diagnstico de mecanismos de fallas y en la bsqueda
de mejoras de vida til de las mismas. En la actualidad el tiempo de vida til de las
celdas es de aproximadamente 2000 das y se incrementa con las reduccin de fallas
prematuras.
Los factores operativos de las celdas tambin son causas de fallas prematuras sin
embargo su impacto es poco distinguible. (18)
Frank Hitlmann (2003) desarroll un invaluable mtodo para medir el desgaste qumico
de materiales carbonosos catdicos a escala de laboratorio. Este puede usarse para
comparar varios materiales carbonosos y estudiar el impacto de los parmetros
operacionales de diferentes celdas sobre el desgaste del ctodo. Por lo tanto es una
herramienta valiosa para el desarrollo de mejores materiales para la elaboracin de
ctodos de carbn. (5)
J. A. Sekhar (1995) encontr que con un adecuado recubrimiento para inhibir la
penetracin de sodio, aluminio y bao electroltico, se incrementa la eficiencia de
corriente desde 92% hasta 96% incrementando tambin el tiempo de vida til de las
celdas, pudiendo entonces utilizar materiales carbonosos de menor calidad. (13)
Rudolf Keller (1995) encontr que bajos contenidos de cianuro, formado como
resultados de ensayos de laboratorios, con adicin de oxido de boro fueron muy
prometedores. An cuando estos ensayos se realizaron bajo agresivas condiciones, los
resultados de contenidos de cianuro fueron ms bajos que los resultados encontrados
en experimentos a escala real. (24)
J. A. Sekhar et al (1998) encontr que las propiedades del compuesto de TiB 2/alumina
coloidal estn influenciadas por el tamao del coloide origen y el tratamiento trmico del
mismo. El incremento de las propiedades mecnicas y resistividad elctrica del
compuesto se debe al incremento del tamao de partcula del titanio de boro, y una
disminucin del tamao de partcula del coloide de alumina incrementa la resistencia a
la flexin y disminuye la resistividad elctrica del mismo. (15)
Rudolf P. Pawlek (2000) diserto que durante los ltimos aos, el desarrollo de ctodos
humectables han tenido un considerable avance. Mtodos de recubrimientos, tratados e
laboratorio y ensayos en planta incluyen electrodeposicin de titanio de boro,
recubrimiento de titanio de boro con fibras reforzantes, titanio boro en plasma,
compuestos de titanio de boro con carbn/grafito y con alumina coloidal. (26)
Rudolf Keller (2001) encontr que con la adicin de aproximadamente 10% de acido
brico en el carbn y un 0.05% de titanio adicionado al aluminio se promueve la
humectacin del carbn por la fase metal y que con menos concentracin de acido
brico este efecto fue menos pronunciado. (25)
FUNDAMENTO TERICO
Celdas de reduccin electroltica Hall-Hroult en Alcasa.
El proceso de reduccin de aluminio se lleva a cabo en las celdas de reduccin
electrolticas, estas se encuentran conectadas en serie, formando as una sala de
celdas. La celda consiste fundamentalmente en nodos, ctodo y electrolito con
almina disuelta(25).
En C.V.G. ALCASA existe tres (2) tipos de celdas de reduccin electrolticas: las celdas
P-19 y las del tipo nigaras.
Las celdas, de forma general se encuentran constituidas de la siguiente manera, ver
figura. 1.
Leyenda:
1 6
1.- Tolva de Almina.
2.- Cilindro de Rompecostra.
3.- Tubera de Soplado.
7 4.- Rompecostra.
2
5.- Anodo o Carbn.
6.- Conjunto Andico.
8
3 7.- Sujetador del C. Andico.
8.- Cubierta de la Celda.
9.- Lecho.
4
15 10.- Bao Electroltico.
5
11.- Metal.
9
12.- Bloque Catdico.
10 13.- Aislamiento Trmico.
14.- Revestimiento Catdico.
11
14 15.- Capa de Almina.
16.- Barra Colectora
12 16
13
El tercer conjunto est formado por el bao electroltico fundido que contiene la
almina disuelta, y es donde se efecta el proceso de electrlisis para producir el
aluminio.
Pasta catdica.
La pasta catdica bsicamente consiste de un compuesto carbonoso (antracita y brea
de alquitrn de bajo punto de fusin), esta sirve para sellar los espacios entre bloques
catdico (ranuras) y construir las paredes laterales de la celda, para evitar la
penetracin del metal y bao durante la operacin de la celda, en el proceso de coccin
de la celda, la pasta catdica experimenta una serie de fenmenos, algunos de los
cuales se distribuyen a lo largo de la curva de calentamiento, se producen prdidas de
masas, transferencias de calor, pirlisis, coquificacin, contraccin, dilatacin, adems
de procesos de reordenamiento molecular con las consecuencias que esto implica
sobre la densidad, anisotropa, resistencia mecnica y conductividad elctrica en la
pasta, provee tambin de una capa que absorbe la expansin trmica del revestimiento
del fondo. Las transformaciones fisicoqumicas que ocurren durante la coccin, son
experimentadas fundamentalmente por la brea de alquitrn, que forma parte de la
mezcla catdica, ya que la antracita carece de componentes que puedan experimentar
transformaciones durante el proceso de coccin, la tasa de calentamiento y coccin de
la pasta catdica son factores crticos de su estructura
Borde de la
porosidad Porosidad llena de
la antracita
Liberacin de los voltiles por los
poros abiertos a la superficie del
bloque
Figura 2. Canales que generan la salida de los gases de la pasta durante la coccin.
Materia Prima.
Antracita.
Para la fabricacin de electrodos en las industrias metalrgicas se utiliza entre otros
materiales, en forma mayoritaria el carbn antracita sometido a un proceso de
calcinacin
Formacin de la Antracita.
La antracita proviene de la descomposicin de vegetales. Durante la era
primaria los vegetales contenan principalmente carbn, hidrgeno, nitrgeno y
oxgeno, transformndolos primeramente en humos. Entonces bajo la influencia de
los depsitos sucesivos y la accin bacterial, una continua evolucin y
concentracin de carbn toma lugar hasta producir turba. El resto de la evolucin
implica, la eliminacin de materiales voltiles, la formacin de un carbn tostado a
carbones bituminosos y finalmente a antracita. La antracita es el ltimo estado de
carbonizacin, por tanto sta contiene un alto contenido de carbn y un bajo contenido
de hidrgeno y materiales voltiles.
Antracita Calcinada.
La antracita es calcinada de dos formas:
1.4
DENSIDAD
VIBRADA 1.5
g/cm3
1.6
0.6
CONTE NIDO
DE SULFURO 0.4
%
0.2
2.05
DENSIDAD
REAL 1.95
g/cm3
1.85
1200
RESISTIVIDAD
ELECTRICA 800
m
400
1200 1400 1600 1800 2000 2200
800C
1100C
1400C
1700C
Tabla 1. Propiedades Fsicas de la Antracita Calcinada para la Fabricacin de Pasta Catdica (3).
Brea de Alquitrn.
La materia prima bsica para la obtencin de la brea de alquitrn es el carbn
bituminoso. Durante el calentamiento de ste en ausencia de oxgeno se produce el
coque metalrgico y gases de desechos los cuales al ser destilados generan entre otros
subproductos, el alquitrn el cual es nuevamente destilado para producir una amplia
variedad de productos entre ello brea de alquitrn.
La brea de alquitrn es una mezcla compleja de hidrocarburos altamente aromticos,
derivados del sometimiento a altas temperaturas del alquitrn durante destilaciones
sucesivas. La brea de alquitrn es entonces un material termoplstico en razn de su
carcter de mezcla de productos qumicamente afines y con gran dispersin de pesos
moleculares. Los productos de bajo peso molecular actan como plastificantes de los
de alto peso molecular y la mezcla da lugar a un material visco-elstico en un amplio
margen de temperatura.
La salida de voltiles se inicia a partir de los 55C, el 70% de stos son enfriados
bruscamente con amonio diluido (voltiles pesados) y el 30% restantes conectados en
intercambiares de calor (voltiles livianos) por condensacin produciendo as la brea de
alquitrn para ctodos. Estos voltiles (livianos y pesados) contienen entre 3 y 10% de
agua.
La brea de alquitrn para elaborar la pasta catdica tiene un valor de coque de 45%
aproximadamente, insolubles en quinoleinas (I.Q) de 15 a 25% en peso y baja
temperatura de ablandamiento (55 a 65C), este punto de ablandamiento mas bajo es
necesario para que la mezcla no se endurezca durante el tiempo que transcurre desde
que es sacada de los mezcladores hasta que es usada en el revestimiento de las
celdas.
Parmetros de Calidad de la Brea de Alquitrn.
Menos voltiles.
Densidad especfica ( 1.25 gr/cc)
Bajo punto de ablandamiento.
Valor de coque (40 60).
Insolubles en quinolena (I.Q).
Insolubles en xileno y tolueno (I.T).
Resinas beta (B = I.T I.Q).
Relacin especfica (S.G).
Mesofase.
Viscosidad.
Pureza.
Cenizas: Tan bajas como sea posible, si se cumple esto se tendr, alta
resistencia a la oxidacin.
Las caractersticas geolgicas de la brea de alquitrn son de importancia bsica en su
aplicacin en la fabricacin de productos carbonosos.
Agregado Seco.
La formulacin de la receta para la pasta catdica se basa en la obtencin de las
proporciones en las que deben ser mezclados cada uno de los componentes que la
conforman para as lograr un mximo empaquetamiento del mismo, y poder producir
una pasta de calidad, capaz de soportar las condiciones (crticas) a las cuales es
sometido el revestimiento de una celda de reduccin (alta temperatura, erosin,
abrasin, ataque qumico, etc.).
Debido a que el ctodo es una de las partes mas importantes de la celda de reduccin,
ya que es el recipiente contenedor del metal, es necesario obtener un alto grado de
empaquetamiento del agregado seco a utilizar en la fabricacin de la pasta con la que
se revestirn las paredes y las ranuras entre los bloques catdicos del fondo de la
cuba, la cual estar en contacto directo con el metal y el bao (lecho).
Grfico 3. Efecto de la granulometra del agregado seco y contenido de brea sobre algunas de sus
propiedades.
El comportamiento final de una pasta se puede observar en un dilatograma, cuando se
somete a coccin hasta 1000C, ver grfica 4, la figura representa los diagramas de
expansin y contraccin de tres tipos de pastas: pasta con antracita electro calcinada
(AEC) convencional, pasta con AEC de mejor calidad (menos cenizas y pasta con AEC
y resinas fenlicas). La curva 1 representa los cambios dimensionales de una pasta de
% de Brea
antracita AEC en la coccin con alto contenido de cenizas 11% con tecnologa
convencional en caliente, La curva 2 presenta los cambios dimensionales de una pasta
caliente con bajo contenido en cenizas 5%, la grfica 3 representa el caso de una pasta
fra con AEC al someterla a coccin, podemos deducir de estas tres pastas que la que
ha sufrido menos alteraciones dimensionales y adems ha sido expansiva es la pasta
3, la pasta 2 tiene un buen comportamiento aunque presenta una ligera contraccin
final, la pasta 1 tiene un comportamiento de elevada expansin a los 200C y posterior
contraccin posterior a los 700C aproximadamente con lo que se puede esperar un
comportamiento proclive a la formacin de grietas grandes (28).
Expansin 10 1 (%)
Ranuras
Bloques
catdicos
Pasta Catdica
Figura 5. Tpicas grietas en las paredes de una celda ocasionadas por una rpida emisin de
voltiles(28).
Grado de Compactacin.
Para tratar de garantizar que no se producirn grietas en la pasta despus de
compactada y cambios de volmenes excesivos (contracciones y expansiones), es
necesario utilizar presiones de compactacin entre 90 y 100 psi, y contenido de brea de
alquitrn entre 13 y 14% aproximadamente.
Otro factor importante es la densidad aparente en verde, para ello es necesario
controlar los parmetros que influyen directamente en sta, como son: la presin del
aire en el equipo compactador, diseo del instrumento de compactacin, temperatura
de compactacin, nmero de pasadas y tiempo de mezclado entre otros. El grfico 5
muestra como afecta la presin de compactacin la densidad en verde y como se
relaciona esta con su contraccin volumtrica.
1.1 1.56
.9 1.54
.7 1.52
.5
1.50
1.51 1.53 1.55 1.57 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Presin de formacin (x1000) psi
Densidad en verde g/cc
Relleno de coque
Matriz Aglutinante
A C
Poros
B D
Figura 7. La figura muestra la estratificacin de una pasta por falta de cohesin entre diferentes
capas por una excesiva rotura de partculas de agregado producto de una sobrecompactacin.
Superficie trabajada
Superficie trabajada
Conductividad Trmica(28)
La conductividad trmica de un material es una expresin del flujo de calor (dq/dt), que
dada por encima del gradiente de temperatura (dL/dT) fluye a travs de un rea definida
del material y es expresada en:
dq dT I
. .
dt dL A
Resistencia a la oxidacin(28)
Las paredes laterales como los bloques catdicos deben presentar alta resistencia a la
oxidacin del carbn para as evitar la formacin del compuesto Al 4C3 y la penetracin
de bao y metal en el revestimiento.
Resistencia Mecnica.(28)
El carbn como revestimiento debe poseer una alta resistencia mecnica, con el fin de
evitar los movimientos del bao producto de un campo magntico creado en el interior
de la celda, producindose la erosin y facilitando el agrietamiento del revestimiento
para as permitir la penetracin del bao. Entre la resistencia mecnica tenemos la
resistencia a la compresin y modulo de Young por lo que pueden ser cuantificadas por
separado. Por otra parte la geometra de las muestras a ensayar, la relacin de las
dimensiones, el tamao de granos del agregado mximo y los aparatos de ensayos son
parmetros importantes que influyen en estos resultados.
Curva de Calentamiento
1200
1000
Temperatura (C)
800
600
400
200
0
0 5.6 8.6 12
Tiempo (hr)
Grfico 6. Curva de calentamiento de probetas catdicas con una rata de 180 C/h
Tanto en los bloques catdicos como en las paredes laterales debe existir una
expansin y contraccin trmica baja con el fin de evitar fuertes cambios estructurales
del revestimiento producidos por la penetracin del sodio que facilita la propagacin de
las grietas(31).
Revestimiento de la pasta.
La pasta es compactada con compactadores neumticos o rodillos para densificar la
pasta y de esta manera evitar la penetracin de bao o retardar la penetracin de bao
minimizando su impacto destructivo. La principal dificultad de esto es controlar la
viscosidad de la pasta a travs de su temperatura, que la pasta no quede
necesariamente polvorosa, inelstica o demasiada granulada, es decir, buscar la
temperatura adecuada de aplicacin. Para obtener una apropiada densificacin se debe
aplicar la pasta en este caso a la (temperatura de ventana).
Para evitar la ruptura de las partculas de agregado durante la compactacin no slo es
necesario controlar la intensidad y duracin de la compactacin, sino tambin la alta
estabilidad del grano del agregado seco, es decir, cun fcil se puede partir el grano o
no.
La propiedad de consistencia de la pasta, la temperatura correcta con una propiedad de
compactacin o procedimientos de apisonamiento, garantiza una buena densificacin y
estratificacin de los sellos y las juntas.
20
15
MPa Pobre
10
5
Buena
0.4
0.3 Rango
Tpico
0.2
0.1
Expansin
Trmica
(%)
Temperatura C
Grfico 9. Dilataciones trmicas de una pasta catdica, un bloque catdico y una barra colectora,
entre 500C y 1000C.
Estudios reflejan que algunos factores influyen sobre las contracciones y expansiones
en la pasta catdica durante la coccin grado de calcinacin de la antracita, distribucin
del tamao de partcula, porosidad de la antracita lo cual afecta los requerimientos de
aglomerante. Las expansiones pueden deberse a la formacin de burbujas de las
materias voltiles las cuales se forman a determinada temperatura, dependiendo de la
temperatura y tasa de evolucin de estas burbujas se pueden formar grietas en la
pasta, las contracciones se presume sean ocasionadas a rgidos puentes del
aglomerante con el coque por reordenamiento de las cristalitas de carbn (28).
Por lo antes expuesto es recomendable que el precalentamiento en las zonas ocupadas
por la pasta ocurra con una rata de calentamiento lenta, la cual se obtiene regulando la
llama con una buena relacin aire/gas, al contrario con una rata de calentamiento
violenta, la generacin de voltiles se hace de una manera ms rpida causando
grietas en el revestimiento por la forma en que estos salen originndose tempranas
fallas en el ctodo(28).
Dada la importancia de los parmetros involucrados en la fabricacin de la pasta
catdica, se hace necesario no solo el control de la materia prima sino tambin de los
parmetros del proceso de fabricacin tales como: temperatura del sistema,
temperatura de mezcla, tiempo de mezclado, al igual que es de mucha importancia en
el rea de reacondicionamiento de celdas el control de, el tiempo de compactacin, la
presin de compactacin y la temperatura de la mezcla ya que de ello depende en parte
la calidad del revestimiento de la celda.
Bloques Catdicos(28).
Son bloques de antracita y alquitrn que se utiliza en la celda como polo negativo.
Usualmente cada bloque catdico tiene una ranura por cada lado para el ensamblaje de
las barras catdicas, ver figura 10.
Ranuras entre
bloques
: Cocido a 800C
: B-I
0.4 : B-IV
: AGR
0.3
L (%)
0.2
0.1
Bloques Precocidos:
Requieren bajas tolerancias dimensionales a efectos de garantizar el adecuado
ensamblaje.
Adicionalmente, los bloques precocidos se distinguen segn la materia prima en los
siguientes tipos:
a) Bloques Amorfos:
Se usa antracita calcinada mas brea.
El proceso de coccin se realiza entre 950 y 1200C.
Uno o parte del agregado seco es grafitizado y se pueden dividir en tres
grupos.
Amorfo a Gas:
El agregado es usualmente antracita calcinada a gas en la cual la grafitizacin
no llega a ocurrir.
Amorfo Electro calcinado:
Se utiliza antracita calcinada elctricamente y debido al proceso de calcinacin
existe una grafitizacin parcial.
Amorfo con Adicin Graftica:
Material graftico es aadido en el agregado seco.
b) Bloques Semi-Grafticos:
Se usan desechos de electrografitos mas brea.
El proceso de coccin se realiza entre 950 y 1200C.
c) Bloques Grafitizados:
Se usa coque de petrleo y brea.
El proceso de coccin se realiza entre 2200 y 2800C, a efectos de garantizar
la formacin de estructura graftica, este tipo de ctodo debido al alto nivel de
porosidad generado durante la coccin, debe ser sometido a un proceso de
impregnacin con brea y posterior coccin nuevamente.
Deterioro qumico.
Erosin y abrasin mecnica.
Precipitacin de materiales de xido y carburos.
Penetracin por sodio.
Expansin lineal.
Fallas en el Ctodo(27).
La vida til de una celda electroltica variar de una planta a otra, dependiendo de
cuanto esfuerzo se dedique a las pruebas del revestimiento, el entendimiento de los
procesos fsicos y qumicos que toman lugar en el ctodo, el diseo y condicin del
casco de acero, la construccin del revestimiento, la seleccin de los materiales para el
revestimiento y las prcticas operacionales de la celda. Este ltimo punto es uno de los
ms importantes, ya que sin prcticas operacionales en la construccin del
revestimiento catdico, no garantiza una larga vida.
Las autopsias han demostrado que un gran nmero de fallas prematuras son causadas
por debilidad en las partes apisonadas del revestimiento. El uso de pasta apisonada en
la celda electroltica tiene varios propsitos. El propsito es llenar el vaco entre los
bloques y las paredes de la cuba, evitando as que el aluminio lquido penetre en el
interior del revestimiento.
Contraccin de la Mezcla(28).
Segn Morten S y Harold O, las contracciones en las juntas perifricas de la mezcla
pueden ser un serio problema y causar muchas fallas en la cuba. Las mediciones
realizadas en laboratorios de cambio volumtricos totales causados por la coccin no
deben significar nada con respecto a esta estabilidad dimensional en el ctodo.
Mediciones Dilatomtricas de muestras de pasta compactada deben mostrar
incrementos menores a 500C seguida por contracciones por encima de esta
temperatura (como se muestra en el grfico 11.a) o un hundimiento en esta regin
plstica causada por un exceso de aglutinante. La temperatura de solidificacin es la
temperatura donde el lquido irreversible para transformacin slida en el aglutinante
toma lugar. Para aglutinantes basados en alquitrn de hulla esta temperatura es cerca
de los 500C.
Pasta Catdica
Figura 11. Agrietamiento del revestimiento catdico
Actividad Periodo
Recopilacin de datos histricos, caracterizacin de celdas fuera
Abril-Julio 2007
de servicio vs. Tiempo de operacin.
Septiembre-Diciembre 2007 Fabricacin y maquinado de ctodos de carbn
Enero-Marzo 2008 Fabricacin de celda electroltica a escala piloto
Abril-Julio 2008 Caracterizacin de ctodos antes de ser recubiertos
Sntesis y deposicin de recubrimiento a base de TiB 2 sobre
Septiembre-Diciembre 2008
bloques catdicos, caracterizacin de ctodos recubiertos
Enero-Marzo 2009 Pruebas a escala piloto en celda electroltica
Caracterizacin de ctodos de carbn luego de ser probados y
Abril-Julio 2009
comparacin de su integridad con ctodos industriales
Septiembre-Diciembre 2009 Elaboracin de Informe
REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS
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Maestra en Cs. De los Materiales. 1993.
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