Einrichtung zur Herstellung von Aluminium durch Schmelzfluielektrolyse. Die Erfindung betrifft eine Einrichtung mit mehreren in Reihe geschalteten Zellen zur Herstellung von Aluminium durch Selimelzflusselektrolyse und bezweckt eine wesentliche Herabsetzung des Stromverbrau ches durch Beseitigung unwirtschaftlicher Spannungsabfälle.
Die Einrichtung . gemäss der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass mit Aus nahme einer Endzelle das flüssige Alumi nium einer jeden Zelle mit -der gohlenanode der in Reihe geschalteten Nachbarzelle in direkter, elektrisch leitender Berührung steht.
Auf der beiliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegen standes veranschaulicht.
Fig. 1 zeigt die Einrichtung in schema tischem Längsschnitt und Fig. 2 einen I3orizantalschnitt gemäss der Linie II-II in Fig. 1.
Die Erzeugung des Aluminiums erfolgt derzeit meist in Öfen, die aus einer mit Kohle -gefütterten Wanne bestehen. In dem Kohlenfutter der Wanne ist eine als Ka thode geschaltete metallische Elektrode ein gebettet. Diese ist durch ausserhalb der Öfen geführte 1VIetallschienen beträchtlicher Länge mit der in das .Schmelzbad tauchenden Koh- lenanode des nächsten Ofens, mittels in der Kohle eingebetteter Metalldornen, elektrisch leitend verbunden.
Bei dieser Einrichtung entstehen, ausser der für die Elektrolyse er- forderlichen Nutzspannung von etwa 2,52V, beispielsweise noch nachstehende Spannungs abfälle, die zu Stromverlusten führen:
EMI0001.0031
a,) <SEP> Innerhalb <SEP> der <SEP> gohlenano,de
<tb> zwischen <SEP> der <SEP> eingebetteten <SEP> Strom zuleitung <SEP> bis <SEP> zur <SEP> Berührungsfläche
<tb> mit <SEP> dem <SEP> Schmelzbad, <SEP> die <SEP> Kühlver luste <SEP> dieses <SEP> Teils <SEP> der <SEP> Anode <SEP> inbe griffen: <SEP> 1,11 <SEP> V
<tb> b) <SEP> Infolge <SEP> des <SEP> Übergangswider standes <SEP> zwischen <SEP> Anodenkohle <SEP> und
<tb> den <SEP> eingebetteten,Stromzuleitungen: <SEP> 0,40 <SEP> V
<tb> c) <SEP> In <SEP> diesen <SEP> Stromzuleitungen
<tb> und <SEP> in <SEP> der <SEP> zur <SEP> B,oidenelektrode <SEP> des
<tb> Nachbarofens <SEP> führenden <SEP> Leiteng: <SEP> 0,52 <SEP> V
<tb> d) <SEP> In <SEP> der <SEP> Boidenelektroodo <SEP> selbst:
<SEP> 0,45 <SEP> V
<tb> e) <SEP> Infolge <SEP> des <SEP> Übergangswider standes <SEP> zwisichen <SEP> der <SEP> Bodenelektroide
<tb> und <SEP> dem <SEP> Kohlenfutter <SEP> sowie <SEP> des
<tb> mittleren <SEP> Widerstandes <SEP> .des <SEP> Kohlen futters <SEP> bis <SEP> in <SEP> die <SEP> erschmolzene <SEP> Alu miniumschicht: <SEP> 0,<U>80</U> <SEP> V
<tb> Zusammen: <SEP> 3,28 <SEP> V
<tb> Hierzu <SEP> die <SEP> Nutzspannung: <SEP> <U>2</U>,<U>5</U>2 <SEP> V
<tb> Der <SEP> volle <SEP> Spanuungsahfall
<tb> einer <SEP> Zelle <SEP> ist <SEP> somit: <SEP> <U>5,</U>80 <SEP> V Das Verhältnis der Nutzspannung zur ganzen Zellenspannung, also der Wirkungs grad de!s Strornverbraruches, beträgt bloss etwa 43 %.
Bei Anwendung. vorliegender Erfindung können nun die .Spannungsabfälle im Koh lenfutter des Ofens., in !den in der Kohlen anode eingebetteten .Stromzuleitungen, fer ner in. den äussern Verbindungsleitungen ver mieden, werden, wobei die verbleibenden Spaunungsa#bfälle auf 0,54 V vermindert werden können.
Infolgedessen beträgt \die ,ganze Zellenspannung, =die Nutzsrpannung- von 2,52 V inbegriffen, nur 3,06 V, was einem Wirkungsgrad von etwa<B>82%</B> ent spricht; Die Zeichnung stellt drei hintereinander geschaltete Zellen dar; in der Praxis sind aber meistens mindestens 40 Zellen in Reihe geschaltet.
1 sind die Wannen der Zellen, die mit einem, dem Schmelzbad: widerstehenden Fut ter, z. B. aus Kohle, ausgerüstet sind. 19 ist die erschmolzene Aluminiumschicht, über der der geschmolzene Elektrolyt 20, eine Kryolith-Tonerdemischung; schwimmt. In diese letztere tauchen die Kohlenanoden 3, 8 und 10.
Die erste Anode 10 bzw. die Ka thode 3a sind in üblicher Weise durch feste ,Stromanschlüsse mittels -der Stromzuleitun- gen 13 bzw. 14 an die 8tromquelle 12 an geschlossen. Eine jede Wanne besitzt eine seitliche Erweiterung, in- die sich das zwei- schichtige. Schmelzbad erstreckt.
Der Boden dieser Erweiterung ist zum Durchtritt der Anode der nächsten Zelle durchbrochen, so ,dass die durch diese Bodenöffnung durch geführte Anode in,das Schmelzband der näch sten Zelle tauchen. kann.
Der Spalt an der Durchtrittsstelle der gohlenanode im Boden der Erweiterung .muss in beliebiger geeigneter Weise abge dichtet werden, um den Durchtritt des ge i schmolzenen Aluminiums möglichst zu ver mindern oder gänzlich zu verhindern.
Der ,Ström tritt also aus dem, geschmol zenen Aluminium 19 der ersten Zelle un- mittelbar in die Kohlenanode 8 der nächsten ,Zelle ein, wobei der Kontakt zwischen dem flüssigen Metall und der Kohlenanode so vollkommen und die Berührungsfläche so gross ist, dass der Spannungsabfall an dieser Stelle im Gegensatz zu 0,4V (bei eingebette- ten festen Zuführungen)
bei der neuen Ein richtung bloss 0,12 V betragen wird. Wegen der höheren Temperatur, auf der die Anoden gehalten werden können, vermindert sieh der Spannungsabfall in den letzteren von 1,11 auf 0,17 V.
Während der Spannungsabfall in den äussern langen Metallumleitungen 0,52 V be trägt, ist diese innerhalb der Erweiterung nur 0,25 V. Aus diesen drei Spannungsab- fällen 0;17 -I- 0,12 + 0,25 = 0,54 V mit der Nutzspannung von 2,52 V ergeben sich ins gesamt 3,06 V als Zellenspannung im Gegen satz zu der eingangs angegebenen Zellen spannung von 5,8 V der derzeitigen Ofen.
Equipment for the production of aluminum by fused fluid electrolysis. The invention relates to a device with several cells connected in series for the production of aluminum by Selimelzflusselektrolysis and aims to significantly reduce the Stromverbrau Ches by eliminating uneconomical voltage drops.
The establishment. According to the invention is characterized in that, with the exception of one end cell, the liquid aluminum of each cell is in direct, electrically conductive contact with the carbon anode of the neighboring cell connected in series.
On the accompanying drawing, an embodiment of the subject invention is illustrated.
1 shows the device in a schematic longitudinal section and FIG. 2 shows a horizontal section along the line II-II in FIG.
The production of aluminum currently takes place mostly in furnaces that consist of a coal-lined tank. In the coal lining of the tub, a metal electrode connected as a cathode is embedded. This is electrically conductively connected to the carbon anode of the next furnace, which is immersed in the molten bath, by means of metal spikes embedded in the carbon by means of metal bars of considerable length, which are guided outside the furnace.
In addition to the useful voltage of around 2.52V required for electrolysis, this device also produces the following voltage drops, which lead to current losses:
EMI0001.0031
a,) <SEP> Within <SEP> der <SEP> gohlenano, de
<tb> between <SEP> the <SEP> embedded <SEP> power line <SEP> to <SEP> to the <SEP> contact surface
<tb> with <SEP> the <SEP> weld pool, <SEP> include the <SEP> cooling losses <SEP> of this <SEP> part <SEP> of the <SEP> anode <SEP>: <SEP> 1,11 <SEP> V
<tb> b) <SEP> As a result of <SEP> of the <SEP> transition resistance <SEP> between <SEP> anode carbon <SEP> and
<tb> the <SEP> embedded, power supply lines: <SEP> 0.40 <SEP> V
<tb> c) <SEP> In <SEP> these <SEP> power supply lines
<tb> and <SEP> in <SEP> the <SEP> to <SEP> B, oidenelectrode <SEP> des
<tb> Neighboring furnace <SEP> leading <SEP> conduction: <SEP> 0.52 <SEP> V
<tb> d) <SEP> In <SEP> the <SEP> Boidenelektroodo <SEP> itself:
<SEP> 0.45 <SEP> V
<tb> e) <SEP> As a result of <SEP> of the <SEP> transition resistance <SEP> between <SEP> of the <SEP> ground electrodes
<tb> and <SEP> the <SEP> coal lining <SEP> as well as <SEP> des
<tb> medium <SEP> resistance <SEP> of the <SEP> carbon lining <SEP> to <SEP> in <SEP> the <SEP> melted <SEP> aluminum layer: <SEP> 0, <U> 80 < / U> <SEP> V
<tb> Together: <SEP> 3.28 <SEP> V
<tb> For this <SEP> the <SEP> useful voltage: <SEP> <U> 2 </U>, <U> 5 </U> 2 <SEP> V
<tb> The <SEP> full <SEP> voltage case
<tb> of a <SEP> cell <SEP> is <SEP> thus: <SEP> <U> 5, </U> 80 <SEP> V The ratio of the useful voltage to the total cell voltage, i.e. the efficiency of the current consumption is only about 43%.
When using. According to the present invention, the voltage drops in the carbon lining of the furnace, in the power supply lines embedded in the carbon anode, and in the outer connecting lines can now be avoided, with the remaining voltage drops being reduced to 0.54 V. can.
As a result, the whole cell voltage = the useful voltage of 2.52 V included is only 3.06 V, which corresponds to an efficiency of about <B> 82% </B>; The drawing shows three cells connected in series; in practice, however, at least 40 cells are usually connected in series.
1 are the tubs of the cells, which are connected to a, the molten bath: resisting feed, z. B. made of coal. 19 is the molten aluminum layer over which the molten electrolyte 20, a cryolite-alumina mixture; swims. The carbon anodes 3, 8 and 10 are immersed in the latter.
The first anode 10 and the cathode 3a are connected in the usual way to the power source 12 by fixed power connections by means of the power supply lines 13 and 14, respectively. Each tub has a side extension into which the two-layered one. Melt bath extends.
The base of this extension is perforated so that the anode of the next cell can pass through, so that the anode, which is guided through this base opening, is immersed in the melting band of the next cell. can.
The gap at the point of passage of the carbon anode in the base of the extension .must be sealed in any suitable manner in order to reduce the passage of the molten aluminum as much as possible or to prevent it entirely.
The stream thus enters the carbon anode 8 of the next cell directly from the molten aluminum 19 of the first cell, the contact between the liquid metal and the carbon anode being so perfect and the contact area so large that the voltage drop at this point in contrast to 0.4V (with embedded fixed leads)
with the new facility will only be 0.12 V. Because of the higher temperature at which the anodes can be kept, the voltage drop in the latter decreases from 1.11 to 0.17 V.
While the voltage drop in the outer long metal bypasses is 0.52 V, within the extension it is only 0.25 V. From these three voltage drops 0.12 + 0.25 = 0.54 V from these three voltage drops The useful voltage of 2.52 V results in a total of 3.06 V as the cell voltage in contrast to the cell voltage of 5.8 V specified at the beginning of the current furnace.