Til hovedinnhold

CaRMa – Reaktivitet av Karbon og Ildfastmaterialer benyttet i Metallproduserende Industrier

CaRMa – Reaktivitet av Karbon og Ildfastmaterialer benyttet i Metallproduserende Industrier

Publisert 20. januar 2016

Norsk aluminiumsproduksjon er teknologisk og miljømessig helt i verdenstoppen. For å komme dit er det helt nødvendig med topp vitenskapelig kompetanse på fundamentale prosessbetingelser. CaRMa ser på fire viktige materialområder i aluminiumsindustrien; karbonanoder og grafittkatoder i elektrolysecella, isolasjonsmaterialer i bunnforingen av elektrolysecella og ildfastmaterialer i bakeovner for anoder.

Industriell framstilling av aluminium foregår elektrokjemisk i en fluoridbasert saltsmelte med løst aluminiumoksid ved 960 °C. Materialutfordringene i prosessen er svært omfattende med mange forskjellige eksponeringsforhold.
Karbonanoder inngår i elektrolyseprosessen og forbrukes gjennom dannelse av CO2. Viktige betingelser for gode anoder er blant annet at de ikke danner sot som forårsaker driftsproblemer i elektrolysen, at de har lav anodisk overspenning for å unngå unødvendig energiforbruk, og at det kun dannes CO2 i den elektrokjemiske reaksjonen. Materialegenskapene som er viktig for optimal ytelse studeres i CaRMa.

Grafittkatodene er i utgangspunktet inerte i elektrolyseprosessen, men forhold i cella gjør at katodene eroderer kraftig i visse områder. CaRMA jobber med å forstå årsakssammenhengene som bidrar til redusert levetid av katodene.
I sammenheng med at industrien jobber mot lavere energiforbruk i produksjonen vil også overskuddsvarmen i cella reduseres. Cella må isoleres bedre og isolasjonsmaterialene blir da mer utsatt for kjemisk og termisk eksponering. Sammensetning og strukturer som påvirker materialegenskapene studeres i CaRMa.

Anodene som benyttes i aluminiumelektrolysen framstilles fra en blanding av koks og bek, samt den ubrukte delen av anoden som er festet til strømtilførselen i elektrolysecella. Anodene bakes til 1200 °C i ovnskammer og ildfastmaterialene i ovnen utsettes både for kjemisk eksponering og temperatursykling mellom romtemperatur og 1200 °C. Forhold som påvirker levetiden for ovnsforingene studeres i CaRMA.

Prosjektet er et samarbeid mellom SINTEF og NTNU, inkludert utdanning av 4 PhD-kandidater, og støttes av Forskningsrådet, Alcoa, Elkem, Hydro og Skamol. Det forventes at økt fundamental forståelse av materialegenskaper i forhold til prosesseksponeringer vil gi lengre levetid, redusert energiforbruk og lavere produksjonskostnader i aluminiumelektrolysen.

Seniorforsker

Prosjektvarighet

22.04.2014 - 31.10.2019