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Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales, Vo!. 10 Nos. 1 &.2 osoo¡ 67

Materiales para la fabricación de ánodos inertes en reducción electrolítica de aluminio

Dr. Mokka N. RaoUNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE GUA y ANA

La. deficiencias en materias carboníferas para ánodos, estimularon investigaciones extensivas a la posibilidad de sustituir los ánodos de carbón.

La. investigaciones se han centrado en el desarrollo de materiales que serían químicamente inertes a la oxidación anódica,

El problema de los electrodos inertes debe ser analizado desde los puntos de vista técnico y económico. El anterior enfoque involucra los problema. concernientesa materiales que satisfagan los rigurosos requerimientos de la electrólisis de aluminio.

MATERIALES INERTES ANÓmCOS

Los requerimientos en propiedades físico-químicas del ánodoinerte y los parámetros principales son:(i) Insolubilidad en una fundición de tluoruro que contiene Aldisuelto.(ii) Resistencia a oxígeno anódico.(iií) Estabilidad térmica hasta 1000 °C, con adecuada resis-tencia al cboque térmico y gradientes de temperatura.(iv) Baja resistividad específica y baja de contacto a conduc-tores de corriente externa.(v) Bajo sobrevoltaje de descarga y reacción de oxidación deiones y alto sobrevoltaje de descarga de tluoruros.

Los experimentos para usar ánodos inertes comenzaron en1937 cuando Belyaer y Studentrov [1] comprobaron el com-portamiento de prensado en frío y ánodos sintetizados deFep4' Sn02, COP4' NiO, ZnO, CuO y o.o, Aunquealgunos de los óxidos investigados, egoSn02 y Fe.O, parecenóxidos más insolubles en criolita-alúmina, el aluminio cató-dico se contaminó por aproximadamente 2% en peso demetales Fe o Sn. Subsiguientemente Belyaer [2] examinó elcomportamientoanódicodealguI1:1sferritascomoSn02·Fe20y

NiO.Fep3 y ZnO.Fep3. que se comportaron mejor que losóxidos puros, debido a la resistividad eléctrica baja y menorresistencia al electrolito. Los ánodos de óxido descritos en laliteratura y patentados son generalmente de dos tipos diteren-teso El primero consiste de un ánodo poroso o fundido conconductividad electrónica, cubierto por un óxido cerámicosemiconductor. Un posible material inerte para esta protec-ción es Zr02 estabilizado ydopado por Ce02•

Estos son recomendados por KIein et al [3]. Los mismosautores, sin embargo, observaron que la estabilidad de Zr02estabilizado con CaO y Ce02 dopado con CaO y UIP .•enfundiciones de criolita es limitada.El segundo tipo de ánodo de óxido cerámico consiste de unsemiconductor con conductividad electrónica, donde el gasoxígeno es generado directamente sobre la superficie delóxido. Tales ánodos pueden ser producidos por sinterizacióno revestimiento de sustrato de metal y hasta 20% en peso deotros óxidos o metales son mezclados a la base óxido paramejorar la conductividad eléctrica.KIein [4] y Alder [5] obtuvieron aprobación de patentes sobreánodosbasadosen Sno., Sehaconsíderadoqueóxídosúe Ta,

Nb, W y Sb mejoran la conductividad eléctrica y SbP3' Fep3'ZnO, Cr.O, BiP3 y Vps mejoran la densidad a través desinterización. Los ánodos con por lo menos 80% en peso deSn02 mezclados con estos óxidos se espera que tengan unaresistividad eléctrica en el rango 0.1 - 10 ohm.cm a 1.000 °C.Para mejorar la densidad eléctncay la conductividad, Adler [5]sugirió adiciones de 0,05 a 2% en'peso de CuO y SbP3' Paralos materiales de ánodo sinterizados se reporta una porosidadmenor del 5% Y una solubilidad en criolita fundida menor que0,08% en peso.DeNora et al [6] concentraron su trabajo en óxidos complejoscon una base de YP3' Las patentes reportan que estosmateriales muestran pérdidas de peso de superficies en el rangode 0.02 a 0.1 gr.crrr- después de 100 días de electrólisis, la ratade desgaste de estos ánodos generalmente es bajada alrededorde 10 veces por adiciones de óxidos de'metales de grupo m enla Tabla Periódica, La conductividad eléctrica de YP3 seespera que sea mejorada por la edición de 0.1 a 20% en peso depor lo menos un componente dentro de los siguientes:- Óxidos donde la valencia del metal difiere de la valencia delmetal en la matriz de YP3'- Óxidos con conductividad electrónica debido a sistemasintrínsecos redox (óxido espinela y perowskite) y óxidos conconductividad electrónica por los enlaces metálicos) C¡{\,Mn02, TiO, etc.- Boruros, Silisuros, Carburos, Sulfuros de metales de transi-ción de los grupos m a V.- Metales de transición y sus aleaciones.Ánodos más complejos de óxidos basados en las estructuras deespinela, perowskite, de la fossite, pyrochlore, sheelite y reutile .con conductividad electrónica y mezclas de éstos, han sidopropuestos en patentes dadas a Yamada el. al [7].Para mejorar la••propiedades del {modo, deben ser añadidoscompuestos como óxidos de metales de transición, óxidos deplatino, óxidos de tierras rara" o TiN, TiB2 Y WSi, preferible-mente óxido de Manganeso y Nitruro de Titanio.Se ha reportado que los electrodos deben exhibir resistenciaquímica al electrolito y actividad catalítíca para la generaciónde oxígeno y son usados sin reemplazar por 6 meses a 1 año.Se ha publicado [7] también que un ánodo preparado por rocíode un bloque sintetizado hecho por NiO. ra,o, yNiO. Nbpscon ~Zrp7 exhibe excelentes características.

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REFERENCIAS BmLIOGRAFICAS

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