Optical and electrochemical characterization of carbon anodes in aluminum electrolysis

Abstract

Hovedmålet med dette prosjektet er å undersøke og analysere forbruk av karbonanoder i elektrolyse av aluminium og få litt innsikt potensielt kan forbedre effektiviteten til den nevnte prosessen og redusere totalt energi brukt. Dette prosjektet retter seg spesielt mot endringer som skjer på karbonanodens overflate i løpet av elektrolyse. Ca 15 horisontale anoder med varierende permeabilitet og tetthet ble boret ned til den spesifiserte diameteren på 10 mm og deretter polert.- og 6 vertikale anodeprøver. Permeabilitet og andre fysiske egenskaper er målt og gitt av Norsk Hydro. Overflaten til testprøver er optisk avbildet med et konfokalt lysmikroskop et 3D-kart over overflatene ble konstruert. Prøvene blir deretter testet elektrokjemisk. Kronopotentiometri, kronoamperometri og elektrokjemiske impedansteknikker ble brukt til å beregne og analysere forholdet mellom viktige parametere som overflateporøsitet, potensial oscillasjonsamplitude, gassboblevolum, overflatescreening, effektiv kapasitans og ladningsoverføring motstand. Det ble oppdaget at det er korrelasjoner mellom overflateporøsitet og parametere potensiell svingning og produsert gassboblevolum.

The main objective of this project is to investigate and analyze consumption of carbon anodes in aluminum electrolysis and gain some insight that could potentially improve the efficiency of said process in order to reduce total energy used. This project specifically targets the change of pattern of surface roughness in carbon anodes after a period of electrolysis and its implications. About 15 horizontal anode and 6 vertical anodes samples of varying permeabilities and densities are were drilled down to the specified diameter of 10mm and then polished. The levels of permeability is already measured and decided by aluminum producer company, Hydro. The surface of test samples is optically imaged to get a preliminary picture of their surface roughness and through confocal microscopy a 3D map of the surface and consequently, surface roughness is decided. The samples are then electrochemically tested. Chronopotentiometry, chronoamperometry and electrochemical impedance techniques were used to calculate and analyze the relation between important parameters such as surface porosity potential oscillation amplitude, gas bubble volume, surface screening and effective capacitance and charge transfer resistance. It was discovered that there are correlations between surface porosity and parameters potential oscillation and gas bubble volume produced.