The Effect of Liquid Aluminium on the Corrosion of Carbonaceous Materials

During different aluminum smelting processes occur direct contact of liquid metal and carbon materials, which are the main constituent for the lining of the cells, furnaces, crucibles and ladles, etc. As a result, processes of aluminium carbide formation at the interfacial area and its subsequent dissolution occurs. Those are recognized as one of the most important mechanisms causing surface wear and decrease lifetime of the equipment, especially in aluminium electrolysis. Present work is aimed at deeper study of the initial steps of Al₄C₃ formation at the aluminium/ carbon interface. Three types of carbonaceous materials: amorphous, semigraphitic and graphitized, in the presence and absence of cryolite melts, were examined. As it is very difficult to study layer of Al₄C₃ in situ, two indirect experimental techniques were used to investigate aluminium carbide formation: measurements of the potential and the electrical resistance. It was concluded that the process of early formation of aluminium carbide depends on many processes associated with the presence of electrolyte (intercalation, penetration and dissolution) as well as the structure of carbon materials - especially the presence of the disordered phase.

Podczas wielu procesów wytapiania aluminium występują bezpośrednie kontakty ciekłego metalu i materiałów węglowych stanowiących wyłożenia wanien, pieców, tygli i kadzi itp. W rezultacie zachodzą procesy tworzenia węglika glinu na powierzchni między fazowej a następnie jego roztwarzania, które są uznawane jest za jeden z najważniejszych mechanizmów powodujących zużycie powierzchni i obniżenia żywotności urządzeń, zwłaszcza w procesie elektrolizy aluminium. Niniejsza praca miała na celu bliższe poznanie początkowych etapów tworzenia Al₄C₃ na powierzchni granicznej aluminium/węgiel. Zbadano trzy rodzaje materiałów węglowych: amorficzne, semigrafitowe i grafitowe, w obecności oraz przy braku stopionego kriolitu. Ponieważ jest bardzo trudno zbadać warstwę Al₄C₃ bezpośrednio (in situ), zastosowano dwie pośrednie techniki eksperymentalne: pomiar potencjału i rezystancji elektryczjnej. Stwierdzono, iż proces powstawania węglika glinu będzie zależeć od wielu zjawisk związanych z obecnością elektrolitu (interkalacja, penetracja i rozpuszczanie), jak również od struktury materiału węglowego a zwłaszcza od obecności fazy nieuporządkowanej.