Processo di fabbricazione dei blocchi di anodo in carbonio

Il processo di produzione dei materiali anodici include: pre-frantumazione, calcinazione, frantumazione, setacciatura, classificazione e dosaggio delle materie prime come coke di petrolio, coke di pece e anodi esausti; pretrattamento e miscelazione dei leganti; nonché la formatura, cottura e pulizia della pasta dopo miscelazione.

1. Preparazione delle materie prime

• Pre-frantumazione delle materie prime (coke di petrolio, coke di pece, anodi esausti)
• Calcinazione del coke per rimuovere le sostanze volatili e migliorare la conducibilità
• Frantumazione, setacciatura e classificazione per ottenere la distribuzione granulometrica desiderata
• Formulazione degli aggregati

2. Preparazione del legante

• Pretrattamento della pece di carbone per regolare viscosità e punto di ammorbidimento

3. Miscelazione e impastamento

• Impastamento degli aggregati secchi con il legante riscaldato per produrre una pasta verde omogenea

4. Formatura

• Formatura (compattazione vibrazionale o estrusione) della pasta in blocchi verdi

5. Cottura

• Cottura dei blocchi verdi in forni (tipicamente 1100-1200°C) per carbonizzare il legante e sviluppare la resistenza meccanica

6. Finitura

• Lavorazione alle dimensioni finali
• Controllo qualità (densità, resistività, test di resistenza)

Materie prime utilizzate nel processo di fabbricazione

1. Coke di petrolio

• Il coke di petrolio grezzo proviene dalle raffinerie come sottoprodotto delle unità di cottura ritardata, dove il residuo di petrolio subisce cracking termico. Conosciuto anche come coke ritardato, è la principale materia prima per la produzione di anodi nelle fonderie di alluminio.
• Il coke di petrolio è preferito per la produzione di anodi in carbonio grazie a:
  • Alta purezza (basso contenuto di metalli/ceneri)
  • Eccellente resistenza meccanica
  • Buona conducibilità elettrica
• Oltre al coke ritardato, le raffinerie producono anche coke fluido, un coke di qualità inferiore derivato dal petrolio pesante tramite cottura in letto fluidizzato.

2. Coke di pece

• Un’alternativa è il coke di pece, prodotto dalla pirolisi e cottura della pece di carbone.
• Rispetto al coke di petrolio, il coke di pece presenta:
  • HighMinor quantità di materia volatile
  • Maggiore densità e stabilità meccanica

3. Coke di petrolio calcinato (CPC)

• Il coke di petrolio grezzo contiene elevata umidità (5-10%) e materia volatile (8-12%), insieme a tracce di impurità metalliche e non metalliche.
• La sua bassa densità reale, scarsa resistenza e alta resistività elettrica lo rendono inadatto alla produzione diretta di anodi.
• La calcinazione a 1250–1350°C rimuove le sostanze volatili e migliora:
• Resistenza meccanica
• Densità reale
• Conducibilità elettrica
• Una densità apparente più alta del CPC è correlata a una migliore qualità degli anodi.

4.  Coal Tar Pitch (Binder)

La pece di carbone è particolarmente adatta come legante per prodotti in carbonio e grafite nelle industrie metallurgiche ferrose e non ferrose grazie a:

• Alto contenuto di carbonio (tipicamente 92–95%)
• Eccellenti proprietà leganti (punto di ammorbidimento 80–110°C per impregnazione ottimale)
• Alta purezza dopo carbonizzazione (contenuto di ceneri <0,3% dopo trattamento a 1200°C)
• Basso costo di produzione (sottoprodotto della purificazione dei gas da forno a coke)

Questo lo rende il legante dominante per:
✓ Anodi preriscaldati (elettrolisi dell’alluminio)
✓ Elettrodi in grafite (acciaieria EAF)
✓ Blocchi di carbonio (fusione Mg/Pb/Zn)
✓ Paste catodiche (celle di riduzione dell’alluminio)

5.  Anodi esausti (butts)

Gli anodi esausti rappresentano un’altra fonte di carbonio per la produzione di anodi preriscaldati. Quando vengono utilizzati come materia prima, la crosta elettrolitica aderente deve essere completamente rimossa.

Nella pratica standard, gli anodi riciclati dalle celle elettrolitiche vengono trattati insieme al coke di petrolio calcinato. Gli anodi puliti vengono solitamente frantumati e miscelati nella nuova formulazione dell’anodo come parte della frazione grossolana degli aggregati nel mix secco.