NO336988B1

NO336988B1 - Process and apparatus for producing aluminum metal

Info

Publication number: NO336988B1
Application number: NO20033316A
Authority: NO
Inventors: Ole-Jacob Siljan; Stein Julsrud
Original assignee: Norsk Hydro As
Priority date: 2001-02-23
Filing date: 2003-07-23
Publication date: 2015-12-14
Also published as: NO20033316L; NO20033316D0

Abstract

Den foreliggende oppfinnelsen dreier seg om en fremgangsmåte for produksjon av aluminium ved elektrolyse av en aluminiummalm, fortrinnsvis alumina, i en smeltet saltblanding, fortrinnsvis en elektrolytt basert på natriumfluorid- aluminiumfluorid. Oppfinnelsen beskriver en elektrolysecelle for den nevnte produksjonen av aluminium hvor man bruker stort sett inerte elektroder i loddrett eller skrå stilling, hvor den nevnte cellekonstruksjonen forenkler separasjon av aluminium og utviklet oksygengass ved hjelp av et gasseparasjonskammer (14) som står i kommunikasjon med elektrolysekammeret (22), slik at det etableres en strømning av elektrolytt mellom elektrolysekammeret (22) og gasseparasjonskammeret (14).The present invention relates to a process for the production of aluminum by electrolysis of an aluminum ore, preferably alumina, in a molten salt mixture, preferably an electrolyte based on sodium fluoride-aluminum fluoride. The invention describes an electrolysis cell for said aluminum production using substantially inert or oblique electrodes, said cell structure facilitating separation of aluminum and developed oxygen gas by means of a gas separation chamber (14) communicating with said electrolytic chamber (22). ), so that an electrolyte flow is established between the electrolysis chamber (22) and the gas separation chamber (14).

Description

Fremgangsmåte og apparatur for fremstilling av metall Method and apparatus for the production of metal

Den foreliggende oppfinnelsen dreier seg om en fremgangsmåte og en elektrolysecelle for produksjon av aluminium, spesielt elektrolytisk utvinning av aluminium med stort sett inerte elektroder. The present invention relates to a method and an electrolysis cell for the production of aluminium, in particular the electrolytic extraction of aluminum with largely inert electrodes.

Aluminium produseres i dag ved elektrolyse av en aluminiumholdig forbindelse løst i Aluminum is produced today by electrolysis of an aluminum-containing compound dissolved in

en smeltet elektrolytt og elektrolyseprosessen utføres i celler av konvensjonell Hall-Héroult-konstruksjon. Disse elektrolysecellene er utstyrt med vannrette elektroder a molten electrolyte and the electrolysis process is carried out in cells of conventional Hall-Héroult construction. These electrolysis cells are equipped with horizontal electrodes

hvor de elektrisk ledende anodene og katodene i dag er laget av karbonmaterialer. Elektrolytten er basert på en blanding av natriumfluorid og aluminiumfluorid, med where the electrically conductive anodes and cathodes are today made of carbon materials. The electrolyte is based on a mixture of sodium fluoride and aluminum fluoride, with

mindre tilsetninger av alkali- og jordalkalifluorider. Elektrolyseprosessen skjer ved at strømmen som går gjennom elektrolytten fra anoden til katoden utlader aluminiumholdige ioner ved anoden, slik at det dannes aluminium, og at det dannes karbondioksyd ved anoden (se Haupin og Kvande, 2000). Den totale reaksjonen for prosessen kan beskrives med likningen: minor additions of alkali and alkaline earth fluorides. The electrolysis process occurs when the current passing through the electrolyte from the anode to the cathode discharges aluminum-containing ions at the anode, so that aluminum is formed, and carbon dioxide is formed at the anode (see Haupin and Kvande, 2000). The total reaction for the process can be described by the equation:

Som følge av konfigurasjonen med vannrette elektroder, den foretrukne sammensetningen av elektrolytten og karbonanoder som konsumeres under prosessen har Hall-Héroult-prosessen slik den brukes i dag flere svakheter og mangler. Med vannrette elektroder må utformingen av cellen bli arealintensitiv, noe som gir lav produksjon av aluminium i forhold til arealet cellen legger beslag på. Den lave produktiviteten per arealenhet innebærer høye investeringsutgifter ved bygging av produksjonsanlegg for råaluminium. As a result of the configuration with horizontal electrodes, the preferred composition of the electrolyte and carbon anodes consumed during the process, the Hall-Héroult process as it is used today has several weaknesses and shortcomings. With horizontal electrodes, the design of the cell must be area-intensive, which results in a low production of aluminum in relation to the area the cell takes up. The low productivity per unit area means high investment costs when building production facilities for raw aluminium.

De tradisjonelle cellene for aluminiumsproduksjon utnytter karbonmaterialer som elektrisk ledende katode. Siden karbon ikke fuktes av smeltet aluminium er det nødvendig å ha en dyp dam av smeltet aluminiummetall over karbonkatoden og det er faktisk overflaten av aluminiumsdammen som er den «virkelige» katoden i dagens celler. En hovedulempe med denne metalldammen er at den høye strømstyrken i The traditional cells for aluminum production utilize carbon materials as an electrically conductive cathode. Since carbon is not wetted by molten aluminium, it is necessary to have a deep pond of molten aluminum metal above the carbon cathode and it is actually the surface of the aluminum pond that is the "real" cathode in today's cells. A main disadvantage of this metal dam is that the high amperage i

moderne celler (> 150 kA) skaper betydelige magnetkrefter som forstyrrer strømningsmønstrene i elektrolytten og metallet i elektrolysecellene. Dermed får metallet en tendens til å bevege seg rundt i cellen og skape bølgebevegetser som kan kortslutte cellen lokalt og begunstige oppløsning av det produserte aluminiumet i elektrolytten. For å bekjempe dette problemet konstruerer man kompliserte samleskinnesystemer for å kompensere for magnetkreftene og holde metalldammen så stabil og flat som mulig. Det kompliserte samleskinnesystemet er kostbart og hvis forstyrrelsen av metalldammen er for stor vil aluminiumoppløsningen i elektrolytten øke og gi redusert strømutbytte på grunn av den omvendte reaksjonen: modern cells (> 150 kA) create significant magnetic forces that disrupt the flow patterns in the electrolyte and the metal in the electrolytic cells. Thus, the metal tends to move around the cell and create wave motions that can short-circuit the cell locally and favor dissolution of the produced aluminum in the electrolyte. To combat this problem, complex busbar systems are constructed to compensate for the magnetic forces and keep the metal dam as stable and flat as possible. The complicated busbar system is expensive and if the disturbance of the metal pond is too great, the aluminum dissolution in the electrolyte will increase and give a reduced current yield due to the reverse reaction:

De foretrukne karbonanodene i dagens celler konsumeres under prosessen i henhold til reaksjon (1), vanligvis med en hastighet på totalt 500 til 550 kg karbon pr. tonn aluminium produsert. Bruk av karbonanoder fører til produksjon av forurensende drivhusgasser som C02og CO i tillegg til de såkalte PFK-gassene (CF4, C2F6) osv.). Fordi anoden konsumeres i prosessen blir interpolaravstanden i cellen stadig større, og posisjonen av anoden må stadig justeres for å opprettholde den optimale interpolaravstanden. Dessuten må anodene skiftes ut med jevne mellomrom. Selv om karbonmaterialet og produksjonen av anodene er forholdsvis billig, utgjør håndteringen av de brukte anodene en hoveddel av driftsutgiftene i et moderne primær aluminiumssmelteverk. The preferred carbon anodes in today's cells are consumed during the process according to reaction (1), typically at a rate of a total of 500 to 550 kg of carbon per second. tonnes of aluminum produced. The use of carbon anodes leads to the production of polluting greenhouse gases such as C02 and CO in addition to the so-called PFK gases (CF4, C2F6) etc.). Because the anode is consumed in the process, the interpolar distance in the cell becomes increasingly large, and the position of the anode must be constantly adjusted to maintain the optimal interpolar distance. In addition, the anodes must be replaced at regular intervals. Although the carbon material and the production of the anodes are relatively cheap, the handling of the used anodes constitutes a major part of the operating expenses in a modern primary aluminum smelter.

Råmaterialet som brukes i Hall-Héroult-cellene er aluminiumoksyd, også kalt alumina. Alumina har forholdsvis lav løselighet i de fleste elektrolytter. For å oppnå tilstrekkelig løselighet må temperaturen i den smeltede elektrolytten i produksjonscellen holdes høy. I dag ligger normal produksjonstemperatur for Hall-Héroutt-celler i området 940-970 aC. For å holde temperaturen så høy må det dannes en betydelig varmemengde i cellen, og hoveddelen av varmedannelsen finner sted i området mellom polene på elektrodene. På grunn av den høye elektrolysetemperaturen er ikke sideveggene på dagens celler for aluminiumsproduksjon motstandsdyktige mot kombinasjonen av oksyderende gasser og kryolittbaserte smelter, så cellesidene må beskyttes under produksjonen. Dette oppnås vanligvis ved å danne en skorpe av frossen elektrolytt på sideveggene. For å opprettholde denne skorpen er produksjonsforhold med høyt varmetap gjennom sideveggene en nødvendighet. Dette gir en elektrolytisk produksjon med et energiforbruk som er vesentlig høyere enn det teoretiske minimumsforbruket for aluminiumsproduksjon. Den høye motstanden i badet mellom polene utgjør 35 - 45% av spenningstapet i cellen. De mest moderne cellene i dagens teknologi arbeider med en strømstyrke i området 250 - 350 kA, med energiforbruk på omtrent 13 kWh/kg Al og strømutbytte 94 - 95 %. The raw material used in the Hall-Héroult cells is aluminum oxide, also called alumina. Alumina has relatively low solubility in most electrolytes. To achieve sufficient solubility, the temperature of the molten electrolyte in the production cell must be kept high. Today, the normal production temperature for Hall-Héroutt cells is in the range 940-970 aC. To keep the temperature so high, a significant amount of heat must be generated in the cell, and the main part of the heat generation takes place in the area between the poles of the electrodes. Due to the high electrolysis temperature, the side walls of today's cells for aluminum production are not resistant to the combination of oxidizing gases and cryolite-based melts, so the cell sides must be protected during production. This is usually achieved by forming a crust of frozen electrolyte on the side walls. To maintain this crust, production conditions with high heat loss through the side walls are a necessity. This results in an electrolytic production with an energy consumption that is significantly higher than the theoretical minimum consumption for aluminum production. The high resistance in the bath between the poles accounts for 35 - 45% of the voltage loss in the cell. The most modern cells in today's technology work with a current in the range of 250 - 350 kA, with an energy consumption of approximately 13 kWh/kg Al and a power yield of 94 - 95%.

Karbonkatodene som brukes i de tradisjonelle Hall-Hérault-cellene er utsatt for natrium-esing og erosjon, og begge disse problemene kan forkorte levetiden for cellen. The carbon cathodes used in the traditional Hall-Hérault cells are prone to sodium etching and erosion, both of which can shorten the life of the cell.

Som nevnt er det flere gode grunner for å forbedre elektrodematerialet og utformingen av cellene for aluminiumselektrolyse, og det er gjort en rekke forsøk på å oppnå disse forbedringene. En mulig løsning for å løse noen av problemene man opplever med dagens Hall-Héroult-celler er å innføre katoder som fuktes av aluminium (elter inerte katoder). Innføring av katoder som fuktes av aluminium er foreslått i flere patenter, blant annet U.S. Pat. No. 3,400,036, 3,930,967 og 5,667,664. Alle patentene på dette området har som målsetning å redusere energiforbruket under aluminiumefektrolysen ved å innføre katodematerialer som fuktes av aluminium. Energireduksjonen under elektrolysen oppnås ved å konstruere en elektrolysecelle med katoder hvor man tapper ut det produserte metallet, slik at cellen kan fungere uten en aluminiumsdam. De fleste av patentene dreier seg om ombygging av de eksisterende konvensjonelle Hall-Héroult-typene, selv om noen forutsetter nye cellekonstruksjoner. De foreslår å lage slike katoder som fuktes av aluminium av harde substanser med høyt smeltepunkt (såkalte RHM, Refractory Hard Materials), som borider, nitrider og karbider av overgangsmetallene, og RHM-silicider er også foreslått som brukbare inerte katoder. RHM-katodene fuktes lett av aluminium og derfor kan det opprettholdes en tynn film av aluminium på katodeoverflaten under produksjonen selv i en konfigurasjon hvor aluminiumet renner av fra katodene. På grunn av den høye prisen på RHM-materialene utgjør produksjon av RHM/grafitt-kompositter, for eksempel TiB2-C-kompositt, et levedyktig alternativ for katoder med avrenning. Katodene som fuktes av aluminium kan settes inn i de foreslåtte elektrolysecellene som massive katodestrukturer eller som plater, klumper, «soppformede» katoder m.m. Materialene kan også brukes som overflatelag i form av slam, pasta m.m., som fester seg til det underliggende, vanligvis karbonbaserte substratet, under oppstart eller forvarming av cellen eller katodeelementene (for eksempel U.S. Pat. No. 4,376,690, 4,532,017 og 5,129,998). Som foreslått i disse patentene kan RHM-katodene settes inn som «pre-katoder» som delvis flyter oppå den underliggende aluminiumsdammen i elektroutvinningscellen og dermed reduserer interpolaravstanden og også vil ha en dempende effekt på bevegelser i metallet i bunnen av cellen. Under drift av slike «pre-katode»-celler kan det ventes problemer med at formene brekker, de monterte elementene er ustabile og driften er lite stabil over lengre tid. Brown et al. (1998) har rapportert vellykket drift av Hall-Héroult-celler med katoder som fuktes av aluminium av TiB2/C-kompositt i en konfigurasjon med avrenning av metallet i et forholdsvis kort tidsrom, men som kjent innen området vil langtidsdrift være problematisk på grunn av oppløsning av TiB2lslik at laget som fuktes av aluminium utenpå karbonkatodene forsvinner. Innføring av katoder som fuktes av aluminium og såkalte «pre-katoder» i Hall-Héroult-celler med vannrette elektroder vil imidlertid ikke hjelpe noe på den dårlige arealutnyttelsen i forbindelse med slike celler. As mentioned, there are several good reasons for improving the electrode material and the design of the cells for aluminum electrolysis, and a number of attempts have been made to achieve these improvements. A possible solution to solve some of the problems experienced with current Hall-Héroult cells is to introduce cathodes that are wetted by aluminum (or inert cathodes). The introduction of aluminum wetted cathodes has been proposed in several patents, including U.S. Pat. Pat. No. 3,400,036, 3,930,967 and 5,667,664. All the patents in this area aim to reduce energy consumption during aluminum electrolysis by introducing cathode materials that are wetted by aluminium. The energy reduction during electrolysis is achieved by constructing an electrolysis cell with cathodes where the produced metal is drained off, so that the cell can function without an aluminum pond. Most of the patents concern remodeling of the existing conventional Hall-Héroult types, although some envisage new cell designs. They propose to make such cathodes that are wetted by aluminum from hard substances with a high melting point (so-called RHM, Refractory Hard Materials), such as borides, nitrides and carbides of the transition metals, and RHM silicides are also proposed as usable inert cathodes. The RHM cathodes are easily wetted by aluminum and therefore a thin film of aluminum can be maintained on the cathode surface during production even in a configuration where the aluminum runs off the cathodes. Due to the high cost of the RHM materials, the production of RHM/graphite composites, such as TiB2-C composite, represents a viable alternative for drain cathodes. The cathodes that are wetted by aluminum can be inserted into the proposed electrolysis cells as massive cathode structures or as plates, lumps, "mushroom-shaped" cathodes, etc. The materials can also be used as a surface layer in the form of sludge, paste, etc., which adheres to the underlying, usually carbon-based substrate, during startup or preheating of the cell or the cathode elements (for example, U.S. Pat. No. 4,376,690, 4,532,017 and 5,129,998). As proposed in these patents, the RHM cathodes can be inserted as "pre-cathodes" which partially float on top of the underlying aluminum pond in the electroreduction cell and thus reduce the interpolar distance and will also have a dampening effect on movements in the metal at the bottom of the cell. During operation of such "pre-cathode" cells, problems can be expected with the molds breaking, the assembled elements being unstable and the operation not being stable over a long period of time. Brown et al. (1998) have reported successful operation of Hall-Héroult cells with cathodes wetted by aluminum of TiB2/C composite in a configuration with draining of the metal for a relatively short period of time, but as is known in the field, long-term operation will be problematic due to dissolution of TiB2 so that the layer wetted by aluminum on the outside of the carbon cathodes disappears. However, the introduction of cathodes that are wetted by aluminum and so-called "pre-cathodes" in Hall-Héroult cells with horizontal electrodes will not help the poor area utilization associated with such cells.

Med en inert anode i aluminaelektrofysen vil den totale reaksjonen være: With an inert anode in the alumina electrophysion, the total reaction will be:

Hittil har ingen elektrolyseceller på kommersiell skala fungert i lengre tid med inerte anoder. Mange forsøk er gjort på å finne det optimale inerte anodematerialet og på innføring av disse materialene i elektrolyseceller, og det er lagt frem en rekke patenter på inerte anodematerialer for elektrolytisk produksjon av aluminium. De fleste av de foreslåtte inerte anodematerialene har vært basert på tinnoksyd og nikkelferritter, hvor anodene kan være et rent oksydmateriate eller et materiale av keramisk-metallisk type, såkalt cermet. Det første arbeidet over inerte anodematerialer ble startet av CM. Hall, som arbei&et med kobbermetall (Cu) som et mulig anodemateriale i elektrolysecellene sine. Generelt kan de inerte anodene deles i metallanoder, oksydbaserte keramiske anoder og cermets basert på en kombinasjon av metaller og oksydkeramer. De foreslåtte oksydholdige inerte anodene kan være basert på ett eller flere metalloksyder, hvor oksydene kan ha forskjellige funksjoner, som for eksempel kjemisk «inerthet» mot kryolittbaserte smelter og høy elektrisk ledningsevne. Det kan imidlertid være tvilsomt om oksyder med forskjellig oppførsel i det røffe miljøet i elektrolysecellene er hensiktsmessig. Metallfasen i cermetanodene kan også være et enkelt metall eller en kombinasjon av flere metaller (metallegeringer). Hovedproblemet med alle de foreslåtte anodematerialene er den kjemiske motstandsdyktigheten mot det sterkt korroderende miljøet med utvikling av ren oksygengass (1 bar) og den kryolittbaserte elektrolytten. For å redusere problemene med oppløsning av anoden i elektrolytten er det foreslått å tilsette komponenter i anodematerialet (U.S. Pat. No. 4,504,369) og en selvdannende/selvreparerende blanding av ceriumbaserte oksyfluoridkomponenter (U.S. Pat. No. 4,614,569, 4,680,049 og 4,683,037) som en mulighet for å hemme den elektrokjemiske korrosjonen av de inerte anodene. Ingen av disse systemene har imidlertid vist seg som levedyktige løsninger. To date, no electrolysis cells on a commercial scale have operated for a long time with inert anodes. Many attempts have been made to find the optimal inert anode material and to introduce these materials into electrolysis cells, and a number of patents have been submitted on inert anode materials for the electrolytic production of aluminium. Most of the proposed inert anode materials have been based on tin oxide and nickel ferrites, where the anodes can be a pure oxide material or a material of the ceramic-metallic type, so-called cermet. The first work on inert anode materials was started by CM. Hall, who worked with copper metal (Cu) as a possible anode material in his electrolysis cells. In general, the inert anodes can be divided into metal anodes, oxide-based ceramic anodes and cermets based on a combination of metals and oxide ceramics. The proposed oxide-containing inert anodes can be based on one or more metal oxides, where the oxides can have different functions, such as chemical "inertness" against cryolite-based melts and high electrical conductivity. However, it may be doubtful whether oxides with different behavior in the rough environment of the electrolysis cells are appropriate. The metal phase in the cermet anodes can also be a single metal or a combination of several metals (metal alloys). The main problem with all the proposed anode materials is the chemical resistance to the highly corrosive environment with the evolution of pure oxygen gas (1 bar) and the cryolite-based electrolyte. To reduce the problems with dissolution of the anode in the electrolyte, adding components to the anode material (U.S. Pat. No. 4,504,369) and a self-forming/self-healing mixture of cerium-based oxyfluoride components (U.S. Pat. Nos. 4,614,569, 4,680,049 and 4,683,037) have been suggested as a possibility. to inhibit the electrochemical corrosion of the inert anodes. However, none of these systems have proven to be viable solutions.

Når celler med inerte anoder er i produksjon vil man ofte oppleve at det hoper seg opp grunnstoffer fra anodematerialet i det produserte aluminiumet. En rekke patenter har prøvd å gjøre noe med disse problemene ved å foreslå en reduksjon i overflatearealet til katoden, d.v.s. overflaten av det produserte aluminiumet. En reduksjon i overflatearealet av aluminiumet som er i kontakt med elektrolysebadet vii redusere opptaket av oppløste komponenter av anodematerialet i metallet og dermed øke levetiden for de oksydkeramiske (eller metalliske eller keramisk-metalliske) anodene i elektrolysecellene. Dette beskrives blant annet i U.S. Pat. No. 4,392,925, 4,396,481, 4,450,061, 5,203,971, 5,279,715 og 5,938,914 og i GB 2 076 021. When cells with inert anodes are in production, you will often find that elements from the anode material accumulate in the aluminum produced. A number of patents have tried to do something about these problems by proposing a reduction in the surface area of the cathode, i.e. the surface of the produced aluminum. A reduction in the surface area of the aluminum that is in contact with the electrolytic bath vii reduce the absorption of dissolved components of the anode material in the metal and thus increase the lifetime of the oxide ceramic (or metallic or ceramic-metallic) anodes in the electrolytic cells. This is described, among other things, in the U.S. Pat. No. 4,392,925, 4,396,481, 4,450,061, 5,203,971, 5,279,715 and 5,938,914 and in GB 2,076,021.

Andre publikasjoner som handler om dette temaet er følgende: Other publications dealing with this topic are the following:

Haupin, W. og Kvande, H.: «Thermodynamics of electrochemical reduction of alumina», Light Metals 2000,379-384. Haupin, W. and Kvande, H.: "Thermodynamics of electrochemical reduction of alumina", Light Metals 2000,379-384.

Pawlek, R.P.: «Aluminium wettable cathodes: An update», Light Metats 1998,449-454. Pawlek, R.P.: "Aluminum wettable cathodes: An update", Light Metats 1998,449-454.

Brown, G.D., Hardie, G.J., Shaw, R.W. og Taylor, M.P.: «TiB2coated aluminium reduction cells: Status and Mure direction of coated cells in Comalco», Proceedings of the 6* Australasian Al Smelting Workshop, Queenstown, New Zealand, 26. november 1998. ;Innføring av inerte anoder og katoder som fuktes av aluminium i dagens Hall-Héroult-celler for elektroutvinning ville hatt en vesentlig innflytelse på produksjonen av drivhusgasser som C02lCO og PFK fra aluminiumsproduksjonen. Reduksjonen i tilført energi ville også kunne bli betydelig hvis man kunne bruke en konstruksjon hvor aluminiumet renner av fra katoden. Men for å gjøre virkelig betydelige fremskritt i optimaliseringen av den elektrolytiske aluminiumsproduksjonen må både inerte (dimensjonsmessig stabile) anoder og katoder som fuktes av aluminium inkorporeres i en ny cellekonstruksjon. Nye cellekonstruksjoner kan deles i to grupper, konstruksjoner som baseres på ombygging av eksisterende celler av Halt-Hérault-typen, og helt nye cellekonstruksjoner. ;Patenter som dreier seg om ombygging eller forbedret utvikling av Hall-Héroult-celler beskrives blant annet i U.S. Pat. No. 4,504,366, 4,596,637, 4,614,569, 4,737,247, 5,019,225, 5,279,715, 5,286,359 og 5,415,742, samt GB 2 076 021. Alle disse patentene forsøker å løse problemene som oppstår på grunn av de høye varmetapene i dagens Hall-Héroult-celler, og elektrolyseprosessen kjøres med redusert interpolaravstand. Noen av de foreslåtte konstruksjonene er i tillegg effektive for å redusere overflatearealet av den flytende aluminiumsdammen som er i kontakt med elektrolytten. Men bare noen få av de foreslåtte konstruksjonene har forsøkt å gjøre noe med den lave produktiviteten per arealenhet for Hall-Héroult-cellene. U.S. Pat. No. 4,504,366, 5,279,715 og 5,415,742 blant andre har prøvd å løse dette problemet ved å innføre loddrette elektroder for å øke det totale elektrodearealet i cellen. Disse tre patentene foreslår også å bruke bipolare elektroder. Men hovedproblemet med cellekonstruksjonen som legges frem i disse patentene er at det er nødvendig med en stor aluminiumsdam på bunnen av cellen for å oppnå elektrisk kontakt for katoden. Dette vil gjøre cellen utsatt for innflytelsen fra magnetfeltene som dannes av samleskinnesystemet, og kan derfor føre til lokal kortslutning av elektrodene. ;U.S. Pat. No. 4,681,671, 5,006,209, 5,725,744 og 5,938,914 beskriver nye cellekonstruksjoner for elektrolytisk produksjon av aluminium. Også U.S. Pat. No. 3,666,654, 4,179,345, 5,015,343, 5,660,710 og 5,953,394 og norsk patent nr. NO 134495 er relevante fordi de beskriver mulige konstruksjoner av elektrolyseceller for lettmetall, selv om et eller flere av disse patentene er orientert mot produksjon av magnesium. De fleste av disse cellekonstruksjonene kan brukes både med multi-monopolare og bipolare elektroder. Fellesnevneren for alle de ovennevnte cellekonstruksjonene er en konfigurasjon med vertikale elektroder for å utnytte den såkalte gassløfteffekten. Når det utvikles gass ved anoden stiger den mot overflaten av elektrolytten og gir opphav til en dragkraft som kan utnyttes til å «pumpe» elektrolytten i cellen. Med egnede arrangementer av anodene og katodene er det mulig å kontrollere denne gassløftstrømmen. Alle disse kjente patentene hevder å gi bedre strømutbytte, renere metallkvalitet og bedre egenskaper for separasjon av metall og gass. Men når det gjelder å separere et produsert metall som er tyngre enn elektrolytten får man et generelt inntrykk fra de kjente patentene, som for eksempei i U.S. Pat. No. 5,660,710, at skilleveggen ikke stikker dypt nok i elektrolytten tit at man vil oppnå dette målet. Dessuten innfører flere av patentene, for eksempel norsk patent nr. 134495, begrepet gasseparasjonskammer bare ved å øke høyden av det frie volumet mellom elektrolyttnivået over elektrodene og lokket på elektrolysecellen. Denne konstruksjonsendringen er imidlertid ikke tilstrekkelig til å fjerne alle de finfordelte oksygenboblene i elektrolytten på grunn av den høye hastigheten av elektrolytten i områdene like over og ved siden av de oksygenutviklende anodene i cellen. * Brown, G.D., Hardie, G.J., Shaw, R.W. and Taylor, M.P.: "TiB2coated aluminum reduction cells: Status and Mure direction of coated cells in Comalco", Proceedings of the 6* Australasian Al Smelting Workshop, Queenstown, New Zealand, 26 November 1998. ;Introduction of inert anodes and cathodes as is wetted by aluminum in today's Hall-Héroult cells for electroextraction would have had a significant influence on the production of greenhouse gases such as C02lCO and PFK from aluminum production. The reduction in supplied energy could also be significant if a construction could be used where the aluminum runs off from the cathode. However, to make truly significant progress in the optimization of electrolytic aluminum production, both inert (dimensionally stable) anodes and aluminum-wetted cathodes must be incorporated into a new cell design. New cell constructions can be divided into two groups, constructions based on the remodeling of existing cells of the Halt-Hérault type, and completely new cell constructions. ;Patents relating to the reconstruction or improved development of Hall-Héroult cells are described, among other things, in the U.S. Pat. No. 4,504,366, 4,596,637, 4,614,569, 4,737,247, 5,019,225, 5,279,715, 5,286,359 and 5,415,742, as well as GB 2,076,021. All these patents attempt to solve the problems that arise due to the high heat losses in today's Hall-Héroult cells, and reduce the electrolysis process. interpolar distance. Some of the proposed designs are additionally effective in reducing the surface area of the liquid aluminum pond in contact with the electrolyte. However, only a few of the proposed designs have attempted to address the low productivity per unit area of the Hall-Héroult cells. U.S. Pat. No. 4,504,366, 5,279,715 and 5,415,742 among others have tried to solve this problem by introducing vertical electrodes to increase the total electrode area in the cell. These three patents also suggest using bipolar electrodes. But the main problem with the cell construction presented in these patents is that it requires a large aluminum pond at the bottom of the cell to make electrical contact for the cathode. This will make the cell exposed to the influence of the magnetic fields formed by the busbar system, and can therefore lead to a local short circuit of the electrodes. ;U.S. Pat. No. 4,681,671, 5,006,209, 5,725,744 and 5,938,914 describe new cell designs for the electrolytic production of aluminum. Also the U.S. Pat. No. 3,666,654, 4,179,345, 5,015,343, 5,660,710 and 5,953,394 and Norwegian patent no. NO 134495 are relevant because they describe possible constructions of electrolytic cells for light metal, even if one or more of these patents are oriented towards the production of magnesium. Most of these cell designs can be used with both multi-monopolar and bipolar electrodes. The common denominator for all the above cell constructions is a configuration with vertical electrodes to exploit the so-called gas lift effect. When gas is developed at the anode, it rises towards the surface of the electrolyte and gives rise to a pulling force that can be used to "pump" the electrolyte into the cell. With suitable arrangements of the anodes and cathodes it is possible to control this gas lift current. All these known patents claim to provide better current yield, cleaner metal quality and better properties for separation of metal and gas. But when it comes to separating a produced metal that is heavier than the electrolyte, one gets a general impression from the known patents, which for example in the U.S. Pat. No. 5,660,710, that the partition often does not stick deep enough into the electrolyte to achieve this goal. Moreover, several of the patents, for example Norwegian patent no. 134495, introduce the term gas separation chamber simply by increasing the height of the free volume between the electrolyte level above the electrodes and the lid of the electrolysis cell. However, this design change is not sufficient to remove all the finely divided oxygen bubbles in the electrolyte due to the high velocity of the electrolyte in the areas just above and adjacent to the oxygen-evolving anodes in the cell. *

I tillegg peker alle de nevnte patentene og dessuten U.S. Pat. No. 6,030,518, på senkning av temperaturen i badet i forhold til normale temperaturer i Hall-Héroult-celler som en gjennomførbar måte å redusere korrosjonen av anodene på. Utnyttelsen av gassløfteffekten og konstruksjon av stige- og fallrør er også beskrevet i U.S. Pat. No. 4,308,116, som dreier seg spesielt om magnesiumproduksjon. In addition, all of the aforementioned patents and furthermore U.S. Pat. No. 6,030,518, on lowering the temperature of the bath relative to normal temperatures in Hall-Héroult cells as a feasible way to reduce the corrosion of the anodes. The utilization of the gas lift effect and the construction of risers and downcomers are also described in U.S. Pat. Pat. No. 4,308,116, which relates specifically to magnesium production.

U.S. Pat. No. 4,681,671 beskriver en ny cellekonstruksjon med vannrett katode og flere bladformede vertikale anoder, og denne cellen kjøres da med lav elektrolyttemperatur og med en anodestrømtetthet på eller under en kritisk terskelverdi hvor de oksydholdige anionene frigjøres lettere enn fluoridanionene. Ved hjelp av tvunget eller naturlig konveksjon blir smeiten sirkulert til et separat kammer eller en separat enhet hvor den tilsettes alumina før smeiten sirkuleres tilbake til elektrolysekammeret. Selv om det totale overflatearealet av anoden er høyt i den foreslåtte konfigurasjonen er det effektive anodearealet lite og begrenses av den lave elektriske ledningsevnen til anodematerialet i forhold til elektrolytten. Dette vil begrense det nyttige anodeoverflatearealet betydelig og føre til høy korrosjon på den effektive anodeoverflaten. U.S. Pat. No. 4,681,671 describes a new cell construction with a horizontal cathode and several leaf-shaped vertical anodes, and this cell is then run with a low electrolyte temperature and with an anode current density at or below a critical threshold value where the oxide-containing anions are released more easily than the fluoride anions. By means of forced or natural convection, the melt is circulated to a separate chamber or unit where alumina is added before the melt is circulated back to the electrolysis chamber. Although the total surface area of the anode is high in the proposed configuration, the effective anode area is small and is limited by the low electrical conductivity of the anode material relative to the electrolyte. This will significantly limit the useful anode surface area and lead to high corrosion of the effective anode surface.

Den ceilekonstruksjonen som presenteres i U.S. Pat. No. 5,938,914 består av inerte anoder og katoder som fuktes av aluminium i en helt lukket celle for atuminiumproduksjon uten beskyttende skorpe på veggene. Cellen konstrueres fortrinnsvis med en rekke alternerende loddrette anoder og katoder hvor forholdet mellom anode- og katodearealet er som 0,5 til 1,3. Temperaturen i badet ligger i området 700<B>C til 940 SC, med 900 fiC til 920<S>C som det foretrukne området. Elektrodeenheten har yttervegger som definerer et fallrør og et stigerør for elektrolyttstrømmen som drives av gassløfteffekten fra oksygenboblene som dannes ved anoden(e). Det er lagt et lokk over anodene for å samle opp gassen og dirigere det utviklede oksygenet inn i stigerøret som er definert i elektrolysekammeret. Katodene i hver ende av elektrodeenheten er elektrisk koblet til katodekabelen, mens alle de mellomliggende katodeplatene er elektrisk koblet til platene i endene ved hjelp av aluminiumsdammen i bunnen av cellen. The ceile construction presented in the U.S. Pat. No. 5,938,914 consists of inert anodes and cathodes wetted by aluminum in a completely closed cell for aluminum production without a protective crust on the walls. The cell is preferably constructed with a number of alternating vertical anodes and cathodes where the ratio between the anode and cathode area is 0.5 to 1.3. The temperature in the bath is in the range of 700°C to 940°C, with 900°C to 920°C being the preferred range. The electrode assembly has outer walls that define a downcomer and a riser for the electrolyte flow driven by the gas lift effect of the oxygen bubbles formed at the anode(s). A cap is placed over the anodes to collect the gas and direct the evolved oxygen into the riser defined in the electrolysis chamber. The cathodes at each end of the electrode assembly are electrically connected to the cathode cable, while all the intermediate cathode plates are electrically connected to the end plates by means of the aluminum dam at the bottom of the cell.

En aluminiumproduksjonscelle med loddrette elektroder og en sump for metalloppsamling som dannes ved utformingen av den drenerte bunnen av cellen ble foreslått i U.S. Pat. No. 5,006,209. Elektrolysecellen er konstruert for metallbaserte anoder og katoder som fuktes av aluminium hvor elektrolyseprosessen finner sted i en fluoridholdig elektrolytt ved lav temperatur og hvor aluminiummalmen er i fast tilstand og oppløst alumina holdes i suspensjon i elektrolytten. Igjen skapes konveksjonsmønsteret i elektrolytten av den såkalte gassløfteffekten på grunn av oksygenet som utvikles ved anodene. Cellebunnen selv er en ekstra anode som ikke konsumeres, eller anodene kan ha en omvendt T-form og dermed fungere som oksygenutvikiende «bunn»-anoder. Et mulig problem med denne konstruksjonen er at aluminium som produseres på katodene og strømmer nedover vil bli utsatt for oksygengassen som dannes ved «bunn»-anoden og dermed bidrar tii redusert strømutbytte på grunn av den reverserte cellereaksjonen. Hvis dessuten aluminiumet kommer i kontakt med oksydlaget på metallanoden vii det finne sted en eksoterm reaksjon mellom aluminium og det oksyderte anodelaget. Dette vit bidra til tap av strømutbytte i cellen og til nedbrytning av anoden og dermed til forurensning av det produserte metallet. Et annet problem som ventes ved langvarig drift av cellen som beskrives i U.S. Pat. No. 5,006,209 er oppsamling av aluminaholdig slam på cellebunnen på grunn av den lave løseligheten av alumina ved den foreslåtte produksjonstemperaturen og fordi det er vanskelig å holde aluminaen fritt suspendert i cellen under forskjellige produksjonsforhold (temperaturfluktuasjoner, fluktuasjoner i sammensetningen av badet og i beskaffenheten av aluminaen). An aluminum production cell with vertical electrodes and a sump for metal collection formed by the design of the drained bottom of the cell was proposed in U.S. Pat. Pat. No. 5,006,209. The electrolysis cell is designed for metal-based anodes and cathodes that are wetted by aluminium, where the electrolysis process takes place in a fluoride-containing electrolyte at a low temperature and where the aluminum ore is in a solid state and dissolved alumina is kept in suspension in the electrolyte. Again, the convection pattern in the electrolyte is created by the so-called gas lift effect due to the oxygen developed at the anodes. The cell base itself is an additional anode that is not consumed, or the anodes can have an inverted T shape and thus function as oxygen-evolving "bottom" anodes. A possible problem with this design is that aluminum produced on the cathodes and flowing downwards will be exposed to the oxygen gas formed at the "bottom" anode and thus contribute to reduced current yield due to the reversed cell reaction. If, moreover, the aluminum comes into contact with the oxide layer on the metal anode, an exothermic reaction takes place between the aluminum and the oxidized anode layer. This contributes to a loss of current yield in the cell and to breakdown of the anode and thus to contamination of the produced metal. Another problem expected in long-term operation of the cell described in U.S. Pat. Pat. No. 5,006,209 is the collection of alumina-containing sludge on the cell bottom because of the low solubility of alumina at the proposed production temperature and because it is difficult to keep the alumina freely suspended in the cell under different production conditions (temperature fluctuations, fluctuations in the composition of the bath and in the nature of the alumina).

U.S. Pat. No. 5,725,744 foreslår en annen idé for en ny utforming av en celle for aluminiumsproduksjon. Cellen er konstruert for produksjon fortrinnsvis ved lav temperatur, og krever derfor lav anodestrømtetthet. De inerte elektrodene og katoder som fuktes av aluminium står vertikalt eller praktisk talt vertikalt i cellen og sikrer dermed en god arealutnyttelse. Elektrodene er montert i flere alternerende rekker inntil sideveggene i cellen eller alternativt en enkelt rekke av multi-monopolare elektroder i hele cellens lengde. Overflatearealet av anodene, og eventuelt også katodearealet, økes ved å bruke en porøs eller nettverksvevd skjelettstruktur, hvor anodekablene føres inn fra toppen av cellen og katodekablene innføres fra bunnen eller nederst på sideveggene. Under produksjon har cellen en aluminiumsdam i bunnen. Det settes inn innlegg mellom elter inntil elektrodene for å holde avstanden mellom polene konstant, og for å skape det ønskede strømningsmønsteret for elektrolytten i cellen, d.v.s. en bevegelse av elektrolytten oppover mellom polene. Veggene omkring elektrodene er i tillegg konstruert slik at elektrolytten der skal tvinges til å bevege seg nedover. De nærværende forfatterne forstår det slik at et av hovedproblemene med den foreslåtte cellekonstruksjonen i det nevnte amerikanske patentet er at den er mangelfull når det gjelder separasjon av det produserte metallet og elektrolytten. Den forutsetter en stor aluminiumsdam i bunnen av cellen, så f likhet med andre liknende cellekonstruksjoner er et stort areal av aluminium i kontakt med elektrolytten slik at mulighetene for opphoping av oppløst anodemateriafe i det produserte metallet øker, sammen med mulighetene for oppløsning av aluminiumet i elektrolytten. Det sistnevnte problemet vil redusere strø mut byttet i cellen på grunn av den reverserte cellereaksjonen med oksyderende gass løst i elektrolytten og det førstnevnte problemet reduserer kvaliteten av metallet. U.S. Pat. No. 5,725,744 suggests another idea for a new design of a cell for aluminum production. The cell is designed for production preferably at a low temperature, and therefore requires a low anode current density. The inert electrodes and cathodes that are wetted by aluminum stand vertically or practically vertically in the cell and thus ensure a good utilization of the area. The electrodes are mounted in several alternating rows next to the side walls of the cell or alternatively a single row of multi-monopolar electrodes along the entire length of the cell. The surface area of the anodes, and possibly also the cathode area, is increased by using a porous or network woven skeleton structure, where the anode cables are introduced from the top of the cell and the cathode cables are introduced from the bottom or at the bottom of the side walls. During production, the cell has an aluminum pond at the bottom. Inserts are inserted between the kneaders next to the electrodes to keep the distance between the poles constant, and to create the desired flow pattern for the electrolyte in the cell, i.e. a movement of the electrolyte upwards between the poles. The walls around the electrodes are also constructed so that the electrolyte there is forced to move downwards. It is the understanding of the present authors that one of the main problems with the proposed cell construction in the aforementioned US patent is that it is deficient in the separation of the produced metal and the electrolyte. It requires a large aluminum pond at the bottom of the cell, so, like other similar cell designs, a large area of aluminum is in contact with the electrolyte so that the possibilities for the accumulation of dissolved anode material in the produced metal increase, together with the possibilities for the dissolution of the aluminum in the electrolyte . The latter problem will reduce the current exchanged in the cell due to the reversed cell reaction with oxidizing gas dissolved in the electrolyte and the former problem reduces the quality of the metal.

Et veletablert faktum i hydrodynamikken er at strømningene i et fluidsystem bestemmes av en balanse mellom drivkraften for strømningene og motstanden fra komponentene i systemet. I lokale regioner kan strømningene, avhengig av konfigurasjonen, dessuten noen ganger gå i motsatt retning av drivkraften. Dette prinsippet nevnes blant annet i U.S. Pat. No. 3,755,099, 4,151,061 og 4,308,116. Skrå elektrodeftater brukes til å øke/lette bortledningen av gassbobler fra anoden og smeltet metall fra katoden. En utforming av elektrolyseceller med vertikale eller nesten vannrette elektroder med elektrodene arrangert både multi-monopolart og bipolart eiektrodearrangement, hvor fast avstand mellom polene og gassløfteffekten brukes til å skape en tvunget konveksjon i elektrolytten, er altså ikke noe nytt. Blant annet U.S. Pat. No. 3,666,654, 3,779,699, 4,151,061 og 4,308,116 utnytter slike prinsipper i utformingen, og de to sistnevnte patentene beskriver også bruk av stigerør og fallrør for å styre strømningene i elektrolytten. U.S. Pat. No. 4,308,116 foreslår også å bruke en separasjonsvegg for bedre separasjon av gass og produsert metall. A well-established fact in hydrodynamics is that the flows in a fluid system are determined by a balance between the driving force for the flows and the resistance from the components of the system. In local regions, depending on the configuration, the currents can also sometimes go in the opposite direction to the driving force. This principle is mentioned, among other things, in the U.S. Pat. No. 3,755,099, 4,151,061 and 4,308,116. Inclined electrode plates are used to increase/facilitate the removal of gas bubbles from the anode and molten metal from the cathode. A design of electrolysis cells with vertical or almost horizontal electrodes with the electrodes arranged in both a multi-monopolar and bipolar e-electrode arrangement, where a fixed distance between the poles and the gas lift effect is used to create a forced convection in the electrolyte, is thus nothing new. Among other things, the U.S. Pat. No. 3,666,654, 3,779,699, 4,151,061 and 4,308,116 utilize such principles in the design, and the two latter patents also describe the use of risers and downcomers to control the flows in the electrolyte. U.S. Pat. No. 4,308,116 also suggests using a separation wall for better separation of gas and produced metal.

Det er et mål med den foreliggende oppfinnelsen å fremskaffe en fremgangsmåte og en elektrolysecelle for produksjon av aluminium ved elektrolyse av aluminiummalm, fortrinnsvis aluminiumoksyd, i en smeltet f I uoride lektrolytt, fortrinnsvis basert på kryolitt, ved temperaturer i området 680 - 980<Q>C. Den nevnte fremgangsmåten har som siktemål å overvinne problemer med dagens produksjonsteknikk for elektroutvinning av aluminium, og gir dermed en kommersiell og økonomisk levedyktig prosess for den nevnte produksjonen. Dette betyr at elektrolysecellen må konstrueres med de komponentene og den formen som er nødvendig for å redusere energiforbruket og de totale produksjonskostnadene og allikevel opprettholde et høyt strømutbytte. En kompakt konstruksjon av cellen fås ved å bruke dimensjonsstabile anoder og katoder som fuktes av aluminium. De indre strømningene i elektrolytten har til hensikt å oppnå effektiv oppløsning av alumina, selv ved lav temperatur i elektrolytten, og god separasjon av de to produktene fra elektrolyseprosessen. Problemene som er identifisert i de nevnte patentene (U.S. Pat. No. 4,681,671, 5,006,209, 5,725,744 og 5,938,914) unngås også i denne oppfinnelsen på grunn av den mer avanserte utformingen av elektrolysecellen. It is an aim of the present invention to provide a method and an electrolysis cell for the production of aluminum by electrolysis of aluminum ore, preferably aluminum oxide, in a molten fluoride electrolyte, preferably based on cryolite, at temperatures in the range 680 - 980<Q> C. The aforementioned method aims to overcome problems with the current production technique for the electroextraction of aluminium, and thus provides a commercially and economically viable process for the aforementioned production. This means that the electrolysis cell must be constructed with the components and the shape necessary to reduce energy consumption and total production costs and still maintain a high current yield. A compact construction of the cell is achieved by using dimensionally stable anodes and cathodes that are wetted by aluminium. The internal currents in the electrolyte are intended to achieve effective dissolution of alumina, even at low temperature in the electrolyte, and good separation of the two products from the electrolysis process. The problems identified in the aforementioned patents (U.S. Pat. Nos. 4,681,671, 5,006,209, 5,725,744 and 5,938,914) are also avoided in this invention due to the more advanced design of the electrolysis cell.

Et overordnet prinsipp for konstruksjonen av aluminiumproduksjonscellen i henhold tit den foreliggende oppfinnelsen er å ta effektivt vare på de to produktene, aluminium og oksygen, med minimale tap på grunn av at produktene reagerer med hverandre igjen. Denne reaksjonen hindres ved at aluminium og oksygen separeres raskt og fullstendig. Man søker å oppnå dette ved tvungen konveksjon av metallet og gassen/elektrolytten i motsatt retning på en slik måte at forskjellen mellom vektorhastigheten av de to produktene blir størst mulig. An overarching principle for the construction of the aluminum production cell according to the present invention is to efficiently take care of the two products, aluminum and oxygen, with minimal losses due to the products reacting with each other again. This reaction is prevented by the rapid and complete separation of aluminum and oxygen. One seeks to achieve this by forced convection of the metal and the gas/electrolyte in the opposite direction in such a way that the difference between the vector speed of the two products is as large as possible.

Disse og andre fordeler kan oppnås med oppfinnelsen som definert i de medfølgende kravene. These and other advantages can be achieved with the invention as defined in the accompanying claims.

Nedenfor beskrives oppfinnelsen med figurer og et eksempel, hvor: The invention is described below with figures and an example, where:

Figur 1: er en skjematisk fremstilling av det vertikale lengdesnittet av elektrolysekammeret av en elektrolysecelle i henhold til oppfinnelsen. Figure 1: is a schematic representation of the vertical longitudinal section of the electrolysis chamber of an electrolysis cell according to the invention.

Figur 2: er et vertikalt snitt på tvers av elektrolysecellen på figur 1. Figure 2: is a vertical section across the electrolysis cell in Figure 1.

Figur 1 og 2 presenterer en celle for elektrolytisk produksjon av aluminium med anoder 1 og katoder 2 nedsenket i en elektrolytt E som er innelukket i et elektrotysekammer 22. Under produksjon vii elektrolytten separeres fra de oppstigende gassboblene 15 {fig. 2) ved avbøyning i en retning mer eller mindre vinkelrett mot gasstrømmen i interpolarrommet 18 (fig. 1) mellom de alternerende multi-monopolare eller bipolare elektrodene, hvor gassen utvikles ved den inerte anodeoverflaten 1. Elektrolytten, som inneholder noen oksygenbobler av mindre størrelse (15) vil bli avbøyd til et gasseparasjonskammer 14 (fig. 2) gjennom en eller flere åpninger 12 i skilleveggen 9.1 dette kammeret senkes strømningshastigheten til elektrolytten for å fremme gasseparasjonen. Den gassfrie elektrolytten føres så inn i elektrolysekammeret gjennom tilsvarende åpninger 13 i skilleveggen, slik at man får en strøm av «frisk» elektrolytt inn i interpolarrommet 18. I prinsippet kan separasjonsveggen 9 konstrueres uten åpningene (12, 13), og sirkulasjonen av elektrolytten mellom elektrolysekammeret 22 og gasseparasjonskammeret 14 kan da oppnås ved å begrense utstrekningen av skilleveggen. I praksis kan dette oppnås ved å la det være en åpning mellom et ekstra gulv 10 og nederkanten av skilleveggen 9, og en åpning av liknende dimensjoner mellom den øvre kanten av skilleveggen 9 og elektrolyttoverflaten. Figures 1 and 2 present a cell for the electrolytic production of aluminum with anodes 1 and cathodes 2 immersed in an electrolyte E which is enclosed in an electrolysis chamber 22. During production vii the electrolyte is separated from the rising gas bubbles 15 {fig. 2) by deflection in a direction more or less perpendicular to the gas flow in the interpolar space 18 (Fig. 1) between the alternating multi-monopolar or bipolar electrodes, where the gas is developed at the inert anode surface 1. The electrolyte, which contains some oxygen bubbles of smaller size ( 15) will be deflected to a gas separation chamber 14 (fig. 2) through one or more openings 12 in the partition wall 9.1 this chamber the flow rate of the electrolyte is lowered to promote gas separation. The gas-free electrolyte is then introduced into the electrolysis chamber through corresponding openings 13 in the partition wall, so that a flow of "fresh" electrolyte enters the interpolar space 18. In principle, the separation wall 9 can be constructed without the openings (12, 13), and the circulation of the electrolyte between the electrolysis chamber 22 and the gas separation chamber 14 can then be achieved by limiting the extent of the partition wall. In practice, this can be achieved by leaving an opening between an additional floor 10 and the lower edge of the partition wall 9, and an opening of similar dimensions between the upper edge of the partition wall 9 and the electrolyte surface.

Det produserte aluminiumet vil flyte nedover på katodeoverflatene 2 som fuktes av aluminium, i motsatt retning av elektrolytten og de oppstigende gassboblene. Det vil passere gjennom hull 17 i det ekstra gulvet 10 og vil samle seg i en aluminiumsdam 11 som er skjermet mot den strømmende elektrolytten i et metallkammer 23. Metallet kan tas ut fra cellen gjennom et hull som er laget på et passende sted i cellelokket 8, eller gjennom et eller flere stigerør/heverter 19 som er festet til cellen. Det er et .prinsipp i henhold til den foreliggende oppfinnelsen å arrangere elektrodene 1, 2 og skilleveggen 9, så vel som det ekstra gulvet10 slik at det oppstår en balanse mellom oppdriften som dannes av boblene (gassløfteffekten) på den ene siden og strømntngsmotstanden på den andre for å oppnå et bevegelsesmønster som begunstiger den nødvendige tilførselen og oppløsningen av alumina og den nevnte separasjonen av produktene. Skilleveggen strekker 9 seg fortrinnsvis mellom to motsatte sidevegger 24, 25 i cellen. I høyden kan den strekke seg fra bunnen 26 eller det ekstra gulvet i cellen og oppover minst til overflaten av elektrolytten. Høyden kan begrenses for å oppnå full utveksling av gass mellom elektrolysekammeret 22 og gasseparasjonskammeret 14. The produced aluminum will flow downwards on the cathode surfaces 2 which are moistened by aluminum, in the opposite direction to the electrolyte and the rising gas bubbles. It will pass through holes 17 in the additional floor 10 and will collect in an aluminum pond 11 which is shielded from the flowing electrolyte in a metal chamber 23. The metal can be taken out of the cell through a hole made in a suitable place in the cell lid 8 , or through one or more risers/lifters 19 which are attached to the cell. It is a principle according to the present invention to arrange the electrodes 1, 2 and the partition 9, as well as the additional floor 10 so that a balance occurs between the buoyancy created by the bubbles (gas lift effect) on the one hand and the flow resistance on the other others to achieve a movement pattern that favors the necessary supply and dissolution of alumina and the aforementioned separation of the products. The partition wall 9 extends preferably between two opposite side walls 24, 25 in the cell. In height, it may extend from the bottom 26 or the additional floor of the cell upwards at least to the surface of the electrolyte. The height can be limited to achieve full exchange of gas between the electrolysis chamber 22 and the gas separation chamber 14.

Cellen befinner seg i en stålbeholder 7, eller i en beholder laget av et annet passende materiale. Beholderen har en varmeisolerende foring 6 og en ildfast foring med høyt smeltepunkt 5, som har meget god motstand mot kjemisk korrosjon både av fluoridbasert elektrolytt og produsert aluminium 11. Gulvet i cellen er formet slik at aluminiumet naturlig vil renne ned i en dypere brønn slik at man lett kan ta ut produsert metall fra cellen. Aluminaen føres fortrinnsvis inn gjennom ett eller flere rør 20 og inn i den meget turbulente regionen av elektrolytten i elektrolysekammeret mellom elektrodene i cellen. Dette vil gi en rask og pålitelig oppløsning av aluminaen, også ved lav temperatur i badet og/eller høyt kryolittforhold i elektrolytten. Eventuelt kan man føre inn aluminaen i gasseparasjonskammeret 14. Elektrodene er koblet til et perifert samleskinnesystem gjennom koblingene 3, hvor temperaturen kan kontrolleres med et kjølesystem 4. The cell is located in a steel container 7, or in a container made of another suitable material. The container has a heat-insulating lining 6 and a refractory lining with a high melting point 5, which has very good resistance to chemical corrosion both by fluoride-based electrolyte and manufactured aluminum 11. The floor of the cell is shaped so that the aluminum will naturally flow down into a deeper well so that one can easily take out produced metal from the cell. The alumina is preferably introduced through one or more pipes 20 and into the highly turbulent region of the electrolyte in the electrolysis chamber between the electrodes in the cell. This will provide a fast and reliable dissolution of the alumina, also at a low temperature in the bath and/or a high cryolite ratio in the electrolyte. Optionally, the alumina can be fed into the gas separation chamber 14. The electrodes are connected to a peripheral busbar system through the connectors 3, where the temperature can be controlled with a cooling system 4.

Avgassene som dannes i cellen under elektrolyseprosessen vil samle seg øverst i cellen over gasseparasjons- og elektrolysekammeret. Dermed kan de trekkes ut fra cellen gjennom et avgassystem 16. Avgassystemet kan kobles til systemet for innføring av alumina 20, og de varme avgassene kan brukes til å varme opp aluminaen før den føres inn i cellen. Alternativt kan de finfordelte aluminapartiklene i råstoffet fungere som en gassrensesystem, hvor avgassene fullstendig og/eller delvis renses for eventuelle elektrolyttdråper, partikler, støv og/eller fluoridforurensninger. Den rensede gassen kobles så til gassoppsamlingssystemet (28) i produksjonsenheten. The exhaust gases formed in the cell during the electrolysis process will collect at the top of the cell above the gas separation and electrolysis chamber. Thus, they can be extracted from the cell through an exhaust system 16. The exhaust system can be connected to the system for introducing alumina 20, and the hot exhaust gases can be used to heat up the alumina before it is introduced into the cell. Alternatively, the finely divided alumina particles in the raw material can function as a gas cleaning system, where the exhaust gases are completely and/or partially cleaned of any electrolyte droplets, particles, dust and/or fluoride contamination. The purified gas is then connected to the gas collection system (28) in the production unit.

Denne cellekonstruksjoner! vil redusere kontakttiden og kontaktarealet mellom metallet og elektrolytten. Dermed unngår man den uheldige konsekvensen med tidligere kjente løsninger hvor et forholdsvis stort overflateareal av smeltet aluminium holdes i kontakt med elektrolytten slik at det oppløste anodematerialet kan hope seg opp i det produserte metallet. Katodens kontaktflate, altså aluminiumet som strømmer nedover, kan forminskes ytterligere ved å redusere overflatearealet av katoden i forhold til anoden. En slik reduksjon vil redusere opptaket av anodemateriale i det produserte metallet, noe som også fører til at korrosjonen av anoden under elektrolyseprosessen blir mindre. Anodekorrosjonen kan også reduseres ved å redusere strømtettheten i anoden eller ved å senke produksjonstemperaturen. This cell constructs! will reduce the contact time and the contact area between the metal and the electrolyte. This avoids the unfortunate consequence of previously known solutions where a relatively large surface area of molten aluminum is kept in contact with the electrolyte so that the dissolved anode material can accumulate in the produced metal. The cathode's contact surface, i.e. the aluminum that flows downwards, can be further reduced by reducing the surface area of the cathode in relation to the anode. Such a reduction will reduce the absorption of anode material in the produced metal, which also leads to less corrosion of the anode during the electrolysis process. Anodic corrosion can also be reduced by reducing the current density in the anode or by lowering the production temperature.

En ny idé i forbindelse med cellen i henhold til oppfinnelsen er innføringen av et ekstra gulv. Gassen som produseres ved anoden gir en gassløfteffekt som gir opphav til et ønsket sirkulasjonsmønster i elektrolytten. Dette sirkulasjonsmønsteret transporterer den produserte gassen oppover og bort fra aluminiumet som flyter nedover. Ved å innføre diafragmas skillevegger eller «skjørt» 21 (fig. 1) mellom anodene 1 og katodene 2 har man under visse omstendigheter muligheten til å forbedre sirkulasjonsmønsteret i elektrolytten, og skilleveggene kan også redusere sirkulasjonen av elektrolytten nedover langs katodeflatene ved å redusere den naturlige tendensen til en nedoverbevegelse av elektrolytten. På grunn av det store volumet av gasseparasjonskammeret 14 i forhold til det totale volumet mellom polene vil gasseparasjonskammeret kunne fjerne eventuell oksygengasss som er «fanget» i elektrolytten, noe som gjør det mulig å sirkulere en stort sett gassfri elektrolytt tilbake til elektrolysekammeret. Kommunikasjonen mellom elektrolysekammeret og gasseparasjonskammeret finner sted gjennom «åpninger» i skilleveggen mellom dem, og størrelsen og posisjonen av disse «åpningene» (12 og 13) bestemmer både strømningsmønsteret og strømningshastigheten i cellen. A new idea in connection with the cell according to the invention is the introduction of an additional floor. The gas produced at the anode produces a gas lift effect which gives rise to a desired circulation pattern in the electrolyte. This circulation pattern transports the produced gas upwards and away from the aluminum flowing downwards. By introducing diaphragm partitions or "skirts" 21 (Fig. 1) between the anodes 1 and the cathodes 2, under certain circumstances one has the opportunity to improve the circulation pattern in the electrolyte, and the partitions can also reduce the circulation of the electrolyte downwards along the cathode surfaces by reducing the natural the tendency for a downward movement of the electrolyte. Due to the large volume of the gas separation chamber 14 in relation to the total volume between the poles, the gas separation chamber will be able to remove any oxygen gas that is "trapped" in the electrolyte, making it possible to circulate a largely gas-free electrolyte back to the electrolysis chamber. The communication between the electrolysis chamber and the gas separation chamber takes place through "openings" in the partition wall between them, and the size and position of these "openings" (12 and 13) determine both the flow pattern and the flow rate in the cell.

De multi-monopolare anodene 1 og katodene 2 som er fremstilt på figurene kan åpenbart produseres som en rekke mindre enheter og settes sammen til en anode eller katode av ønsket størrelse. Dessuten kan alie de alternerende inerte anodene 1 og katodene som fuktes av aluminium 2, bortsett fra endeelektrodene, skiftes ut med bipolare elektroder, som kan konstrueres og settes på plass på samme måte. Denne monteringen vil gjøre at endeelektrodene i cellen fungerer som terminalanode og terminalkatode. Elektrodene arrangeres fortrinnsvis loddrett, men skjevstillete/skrå elektroder kan også brukes. Også spor (furer) i elektrodene kan brukes til å forbedre separasjonen og oppsamlingen av produsert gass og/elter metall. The multi-monopolar anodes 1 and cathodes 2 shown in the figures can obviously be produced as a number of smaller units and assembled into an anode or cathode of the desired size. Also, the alternating inert anodes 1 and cathodes wetted by aluminum 2, except for the end electrodes, can be replaced by bipolar electrodes, which can be constructed and installed in the same way. This assembly will make the end electrodes in the cell function as terminal anode and terminal cathode. The electrodes are preferably arranged vertically, but tilted/oblique electrodes can also be used. Also grooves (furrows) in the electrodes can be used to improve the separation and collection of produced gas and/or metal.

Kontinuerlig drift av elektrolysecellen krever bruk av dimensjonsstabile inerte anoder 1. Anodene lages fortrinnsvis av metaller, metallegeringer, keramiske materialer, oksydbaserte cermets, oksydkeramer, metallkeramiske kompositter (cermets) eller kombinasjoner av disse, med høy elektrisk ledningsevne. Katodene 2 må også være dimensjonsstabile og kunne fuktes av aluminium for å kunne brukes i cellen under konstant interpolaravstand 18 og lages fortrinnsvis av titandiborid, zirkoniumdiborid etler blandinger av disse, men kan også lages av andre elektrisk ledende hard materialer med høyt smeltepunkt (RHM) basert på borider, karbider, nitrider eller silicider, eller kombinasjoner og/eller kompositter av disse. De elektriske koblingene til anodene føres fortrinnsvis inn gjennom lokket 8 som vist på fig. 1 og 2. Koblingene til katodene kan føres inn gjennom lokket 8, gjennom de lange sideveggene 27 (fig. Continuous operation of the electrolysis cell requires the use of dimensionally stable inert anodes 1. The anodes are preferably made of metals, metal alloys, ceramic materials, oxide-based cermets, oxide ceramics, metal-ceramic composites (cermets) or combinations of these, with high electrical conductivity. The cathodes 2 must also be dimensionally stable and can be wetted by aluminum in order to be used in the cell under constant interpolar distance 18 and are preferably made of titanium diboride, zirconium diboride or mixtures thereof, but can also be made of other electrically conductive hard materials with a high melting point (RHM) based on borides, carbides, nitrides or silicides, or combinations and/or composites of these. The electrical connections to the anodes are preferably fed in through the lid 8 as shown in fig. 1 and 2. The connections to the cathodes can be inserted through the lid 8, through the long side walls 27 (fig.

2) eller gjennom bunnen av cellen 26. 2) or through the bottom of the cell 26.

Cellen i henhold til oppfinnelsen kan kjøres med lav interpolaravstand 18 for å spare energi under aluminiumsproduksjonen. Celter gir høy produktivitet, siden vertikale elektroder har stort elektrodeareal og cellen opptar tite projisert areale. Lav interpolaravstand betyr at det dannes mindre varme i elektrolytten enn med tradisjonelle Hall-Héroult-celler. Energibalansen i cellen kan derfor reguleres ved tilpasning av en korrekt varmeisolering 6 i sidene 24, 26, 27 og bunnen 26, samt lokket 8. Cellen kan så eventuelt være i produksjon uten en skorpe av frossen elektrolytt som dekker sideveggene og disse må derfor bygges av kjemisk resistente materialer. Men cellen kan også kjøres med en frosset skorpe som beskyttelse, iallfall for deler av sideveggene 24,25,27 og bunnen 26 av ceflen. The cell according to the invention can be operated with a low interpolar distance 18 to save energy during aluminum production. Cells provide high productivity, since vertical electrodes have a large electrode area and the cell occupies little projected area. Low interpolar distance means that less heat is generated in the electrolyte than with traditional Hall-Héroult cells. The energy balance in the cell can therefore be regulated by fitting a correct thermal insulation 6 in the sides 24, 26, 27 and the bottom 26, as well as the lid 8. The cell can then possibly be in production without a crust of frozen electrolyte covering the side walls and these must therefore be built off chemically resistant materials. But the cell can also be run with a frozen crust as protection, at least for parts of the side walls 24,25,27 and the bottom 26 of the ceflen.

Overskuddsvarmen må trekkes ut av cellen gjennom de vannavkjølte elektrodekobiingene 3,4 og/eller ved å bruke ekstra kjølemidler som varmerør m.m. Avhengig av den ønskede varmebalansen og produksjonsforholdene i cellen kan varmen som trekkes ut av elektrodene brukes til å utvinne varme/energi. Foringen 5 lages fortrinnsvis av tett sintrede stoffer med høyt smeltepunkt og meget god korrosjonsmotstand mot elektrolytten og mot aluminium. Forslag til materialer er aluminiumoksyd, silisiumkarbid, sitisiumnitrid, aluminiumnitrid og kombinasjoner av disse eller kompositter av disse. I tillegg kan minst en del av foringen være beskyttet mot oksyderende eller reduserende forhold med et beskyttende lag av materialer som skiller seg fra hoveddelen av den tette foringen som er beskrevet ovenfor. Slike beskyttende lag kan lages av oksydmaterialer, for eksempel aluminiumoksyd eller materialer som består av en forbindelse av en eller flere av oksydkomponentene i anodematerialet og en eller flere oksydkomponenter i tillegg. Det ekstra gulvet 10, skilleveggen 9 og skilleveggene 21 kan også være laget av tett sintrede materialer med høyt smeltepunkt og meget god korrosjonsmotstand mot aluminium og mot elektrolytten. Forslag til materialer er aluminiumoksyd, silisiumkarbid, silisiumnitrid, aluminiumnitrid og kombinasjoner av disse og kompositter av disse. For de to sistnevnte enhetene (9, 21) kan man også bruke andre beskyttende materialer i minst en del av konstruksjonen, hvor de beskyttende lagene kan være laget av oksydmaterialer, for eksempel aluminiumoksyd eller materialer som består av en forbindelse av en eller flere av oksydkomponentene i anodematerialet og en eller flere oksydkomponenter i tillegg. The excess heat must be extracted from the cell through the water-cooled electrode couplings 3,4 and/or by using additional cooling agents such as heating pipes etc. Depending on the desired heat balance and production conditions in the cell, the heat extracted from the electrodes can be used to extract heat/energy. The lining 5 is preferably made of densely sintered substances with a high melting point and very good corrosion resistance to the electrolyte and to aluminium. Suggested materials are aluminum oxide, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride and combinations of these or composites of these. In addition, at least a portion of the liner may be protected from oxidizing or reducing conditions by a protective layer of materials different from the bulk of the sealed liner described above. Such protective layers can be made of oxide materials, for example aluminum oxide or materials which consist of a compound of one or more of the oxide components in the anode material and one or more oxide components in addition. The additional floor 10, the partition wall 9 and the partition walls 21 can also be made of densely sintered materials with a high melting point and very good corrosion resistance to aluminum and to the electrolyte. Suggested materials are aluminum oxide, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride and combinations of these and composites of these. For the two latter units (9, 21), other protective materials can also be used in at least part of the construction, where the protective layers can be made of oxide materials, for example aluminum oxide or materials consisting of a compound of one or more of the oxide components in the anode material and one or more oxide components in addition.

Formen og konstruksjonen av gassfjernings- eller gasseparasjonskammeret kan variere avhengig av produksjonskapasiteten for cellen. Gasseparasjonskammeret kan i virkeligheten bestå av flere kamre plassert på hver side av elektrolysekammeret, eller bestå av et eller flere kamre med to elektrolysekamre på hver side, eller bestå av et eller flere kamre langsmed elektrolysekammeret som vist på figur 2. Gasseparasjonskammeret kan også åpnes mens cellen er i drift for eventuelt å fjerne aluminaslam som samler seg i cellen. The shape and construction of the gas removal or gas separation chamber may vary depending on the production capacity of the cell. The gas separation chamber can actually consist of several chambers located on each side of the electrolysis chamber, or consist of one or more chambers with two electrolysis chambers on each side, or consist of one or more chambers along the electrolysis chamber as shown in figure 2. The gas separation chamber can also be opened while the cell is in operation to possibly remove alumina sludge that collects in the cell.

Cellen i henhold til oppfinnelsen er konstruert for produksjon i temperaturer fra 680<fi>C til 970<S>C og fortrinnsvis i området 750<S>C - 940 aC. De lave eiektrolyttemperaturene kan oppnås ved å bruke en elektrolytt basert på natriumfluorid og aluminiumfluorid eventuelt i kombinasjon med alkali- og jordalkalihalogenider. Sammensetningen av elektrolytten er valgt for å få (forholdsvis) høy løselighet av alumina, lav liquidustemperatur og en passende tetthet for bedre separasjonen av gassen, metallet og elektrolytten. I en realisering inneholder elektrolytten en blanding av natriumfiuorid og aluminiumfluorid, med mulige andre metallfluorider av grunnstoffene i gruppe 1 og 2 i det periodiske systemet i henhold til IUPAC, og de mulige komponentene basert på alkali- og jordalkalihalogenider opp til et motforhold ffuorid/halogenid på 2,5, og hvor molforholdet NaF/AIF3ligger mellom 1 og 3, fortrinnsvis mellom 1,2 og 2,8. The cell according to the invention is designed for production at temperatures from 680<fi>C to 970<S>C and preferably in the range 750<S>C - 940 aC. The low electrolyte temperatures can be achieved by using an electrolyte based on sodium fluoride and aluminum fluoride, possibly in combination with alkali and alkaline earth halides. The composition of the electrolyte has been chosen to obtain (relatively) high solubility of alumina, low liquidus temperature and a suitable density for better separation of the gas, the metal and the electrolyte. In one embodiment, the electrolyte contains a mixture of sodium fluoride and aluminum fluoride, with possible other metal fluorides of the elements in groups 1 and 2 of the periodic table according to IUPAC, and the possible components based on alkali and alkaline earth halides up to a fluoride/halide counter ratio of 2.5, and where the molar ratio NaF/AIF3 lies between 1 and 3, preferably between 1.2 and 2.8.

Det skal forstås at den foreslåtte celle for aluminiumsproduksjon som er presentert i eksempelet slik det er illustrert på figur 1 og 2 bare representerer en enkelt realisering av cellen, som kan brukes til å utføre elektrolyse etter fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen. It should be understood that the proposed cell for aluminum production presented in the example as illustrated in Figures 1 and 2 only represents a single realization of the cell, which can be used to carry out electrolysis according to the method according to the invention.

Claims

1. A method for the electrolytic production of aluminum metal from an electrolyte (E) containing aluminum oxide, by performing electrolysis in at least one electrolysis chamber (22) containing said electrolyte and also at least one inert anode (1) and at least one cathode that is wetted of aluminum (2), where oxygen gas is evolved on the anode and aluminum is deposited on the cathode in the electrolysis process, and the said oxygen gas forces the electrolyte to flow upwards and the said produced aluminum flows downwards due to gravity, characterized by the oxygen gas is further directed into a gas separation chamber (14) which communicates with the aforementioned electrolysis chamber (22), the flow pattern in the electrolyte being directed with at least one partition wall, internal wall or a "skirt" (9) which deflects the electrolyte flowing upwards into the electrolysis chamber (22 ) into the gas separation chamber (14) so that a flow pattern for the electrolyte is established between the said electrolysis chamber (22) and the said gas separation chamber (14).

2. A method according to claim 1, characterized by the separated gas is removed from the gas separation chamber (14) by means of gas extraction.

3. A method according to claim 1, characterized by the produced metal flows down from the cathodes (2) to an aluminum pond (11) at the bottom of the cell, and is taken out of the cell by suitable means for metal tapping.

4. A method according to claim 1, characterized by the temperature in the electrolyte is between 680 and 970 °C.

5. A cell for the electrolytic production of aluminium, comprising at least one electrolysis chamber (22) containing an electrolyte, at least one inert anode (1) and at least one cathode wetted by aluminum (2), characterized by it also includes a gas separation chamber (14) which communicates with said electrolysis chamber (22), and where a partition wall (9) is placed between the electrolysis chamber (22) and the gas separation chamber (14), where there is at least one opening (12, 13) in the aforementioned wall as the gas developed in the electrolysis process is directed so that it flows into the gas separation chamber (14) so that a flow pattern for the electrolyte is established between the electrolysis chamber (22) and the separation chamber (14) where the gas developed in the process can be separated from the electrolyte in the gas separation chamber (14).

6. An electrolysis cell according to claim 5, characterized by the partition wall (9) has at least one upper opening (12) which allows the gaseous electrolyte to flow from the electrolysis chamber (22) into the gas separation chamber (14), and at least one lower opening (13) through which electrolyte separated from the gas can flow back to the electrolysis chamber ( 22).

7. An electrolysis cell according to claim 5, characterized by the partition (9) is made of aluminum oxide, aluminum nitride, silicon carbide, silicon nitride or combinations or composites of these.

8. An electrolysis cell according to claim 5, characterized by the partition (9) is made of oxide materials.

9. An electrolysis cell according to claim 5, characterized by the partition (9) is made of oxide or materials consisting of a compound of one or more of the oxide components in the anode material, and one or more oxide components in addition.

10. An electrolysis cell according to claim 5, characterized by the dividing wall (9) in the longitudinal direction runs between two opposite side walls (24, 25) of the cell, and in height from the bottom (26) or from the additional floor (10) of the cell up to the surface of the electrolyte or higher.

11. An electrolysis cell according to claim 5, characterized by the partition wall (9) has a vertical extent and is also arranged so that there is an opening below the lower edge of the partition wall (9) and an opening of similar dimensions between the upper edge of the partition wall (9) and the surface of the electrolyte (E).

12. An electrolysis cell according to claim 5, characterized by the volume of the gas separation chamber (14) is sufficient to reduce the flow rate of the electrolyte so much that any gas that may be present in the electrolyte can be separated from it.

13. An electrolysis cell according to claim 5, characterized by one or more gas separation chambers (14) can be arranged along at least one side of the cell.

14. An electrolysis cell according to claim 5, characterized in that the gas separation chamber (14) is connected to at least one gas outlet system (16) to extract and collect the gases from the chamber.

15. An electrolysis cell according to claim 14, characterized by the exhaust gas system (16) is connected to an alumina feed system (20) where the hot exhaust gases are used to heat the alumina and/or to clean the exhaust gases from the cell to remove fluoride vapors, fluoride particles and/or dust before entering the gas collection system ( 28).

16. An electrolysis cell according to claim 5, characterized by the electrolysis chamber (22) has an additional floor (10) with at least one hole (17) preferably under the cathode(s), so that the aluminum can pass through said hole and collect in a metal chamber (23) under said floor.

17. An electrolysis cell according to claim 16, characterized by the material in the additional floor (10) is either aluminum nitride, silicon carbide, silicon nitride, oxide materials, hard materials with a high melting point based on borides, carbides, nitrides, silicides or combinations or composites of these.

18. An electrolysis cell according to claim 16, characterized by the said aluminum in the metal chamber (23) can be pulled out of the cell through one or more risers or lifters (19) which are attached to the cell.

19. An electrolysis cell according to claim 5, characterized by the anodes (1) and cathodes (2) are of the monopolar type arranged in an alternating pattern, and furthermore mounted vertically or at an angle in the cell.

20. An electrolysis cell according to claim 5, characterized by the anodes and cathodes are of the bipolar type and mounted vertically or at an angle in the cell.

21. An electrolysis cell according to claim 5, characterized by the anodes and/or cathodes consist of many small units integrated into a larger unit.

22. An electrolysis cell according to claim 5, characterized by the anodes are made of dimensionally stable materials, preferably oxide-based cermets, metals, metal alloys, oxide ceramics and combinations or composites of these.

23. An electrolysis cell according to claim 5, characterized by the cathodes are made of electrically conductive hard materials with a high melting point (RHM) based on berides, carbides, nitrides, silicides or mixtures thereof.

24. An electrolysis cell according to claim 5, characterized by the main surfaces of the anodes and cathodes are adjacent to the short side wall of the cell.

25. An electrolysis cell according to claim 5, characterized by the cell has a lining which preferably consists of an electrically non-conductive material.

26. An electrolysis cell according to claim 25, characterized by the material in the cell lining is either aluminum oxide, aluminum nitride, silicon carbide, silicon nitride or combinations or composites of these.

27. An electrolysis cell according to claim 25, characterized by the cell lining is made of oxide materials.

28. An electrolysis cell according to claim 25, characterized by at least parts of the cell lining are made of oxide or materials consisting of a compound of one or more of the oxide components of the anode material, and one or more oxide components in addition.

29. An electrolysis cell according to claim 5, characterized by the anodes and/or cathodes are connected to a peripheral busbar system for electrical current supply, where the connections can be fed through the top, sides or bottom of the cell.

30. An electrolysis cell according to claim 5, characterized by the connections to the anodes and/or cathodes are cooled to provide heat exchange and/or heat extraction from said anodes/cathodes, and/or temperature control.

31. An electrolysis cell according to claim 5, characterized by the connections to the anodes and/or cathodes are cooled with water cooling or other liquid cooling agents, by gas cooling or by means of heat pipes.

32. An electrolysis cell according to claim 5, characterized by it includes at least one introduction tube for alumina where the inlet is placed either in a position close to a place of high turbulence in the electrolyte, and preferably in the space between an anode and a cathode, or in the gas separation chamber.

33. An electrolysis cell according to claim 5, characterized by the flow pattern of the electrolyte can be improved by introducing at least one diaphragm, partition or "skirt" (21) between at least one anode and at least one cathode, which deflects the upwardly flowing electrolyte to the gas separation chamber (14).

34. An electrolysis cell according to claims 5 and 33, characterized by the diaphragm (21) is made of aluminum oxide, aluminum nitride, silicon carbide, silicon nitride or combinations or composites thereof.

35. An electrolysis cell according to claims 5 and 33, characterized by the diaphragm (21) is made of oxide materials.

36. An electrolysis cell according to claims 5 and 33, characterized by the diaphragm (21) is made of oxide or materials consisting of a compound of one or more of the oxide components of the anode material, and one or more oxide components in addition.

37. Use of an electrolysis cell according to one or more of the preceding claims 5-36, characterized by the electrolyte contains a mixture of sodium fluoride and aluminum fluoride, possibly with other metal fluorides of the elements in groups 1 and 2 of the periodic table according to IUPAC, and the possible components based on alkali and alkaline earth halides up to a fluoride/halide molar ratio of 2.5 , and where the molar ratio NaF/AIF3 lies between 1 and 3, preferably between 1.2 and 2.8.