CH647007A5

CH647007A5 - Anode fuer eine schmelzflusselektrolysezelle.

Info

Publication number: CH647007A5
Application number: CH328881A
Authority: CH
Inventors: Werner Karl Fischer
Original assignee: Alusuisse
Priority date: 1981-05-20
Filing date: 1981-05-20
Publication date: 1984-12-28
Also published as: AU552945B2; NO821643L; DE3120580C1; AU8359882A; US4406767A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anode für eine gekapselte Schmelzflusselektrolysezelle zur Herstellung von Aluminium, mit einer Anodenstange und mindestens einem an einem Spaten aufgehängten Kohleblock.

Für die Gewinnung von Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse von Aluminiumoxid wird dieses in einer Fluo-ridschmelze gelöst, die zum grössten Teil aus Kryolith besteht. Das kathodisch abgeschiedene Aluminium sammelt sich unter der Fluridschmelze auf dem Kohleboden der Zelle, wobei die Oberfläche des flüssigen Aluminiums die

Kathode bildet. In die Schmelze tauchen von oben Anoden ein, die bei konventionellen Verfahren aus amorphem Kohlenstoff bestehen. An diesen Kohleanoden entsteht durch die elektrolytische Zersetzung des Aluminiumoxids Sauer-5 stoff, der sich mit dem Kohlenstoff der Anoden zu C02 und CO verbindet. Die Elektrolyse findet in einem Temperaturbereich von etwa 940-970°C statt.

Im Laufe der Elektrolyse verarmt der Elektrolyt an Aluminiumoxid. Bei einer unteren Konzentration von 1-2 io Gew.-% Aluminiumoxid im Elektrolyten kommt es zum Anodeneffekt, der sich in einer Erhöhung der Spannung von beispielsweise 4-5 V auf 30 V und darüber auswirkt. Spätestens dann muss die Aluminiumoxidkonzentration durch Zugabe von neuer Tonerde angehoben werden. 15 Die beutigen Anforderungen eines modernen Umweltschutzes erfordern, die bei der Herstellung von Aluminium entstehenden Abgase konzentriert zu sammeln und vor der Abgabe an die Atmosphäre zentral einer Aufbereitungsanlage zuzuführen. Zur Erfüllung dieser Erfordernisse sind 2o zahlreiche Systeme zur allseitigen Abdeckung von Elektrolysezellen bekannt Die Abgase werden über einen in der Zellenlängsachse verlaufenden Abgassammeikanal abgeführt.

Beispielsweise bestehen bekannte Abdeckungssysteme im 25 wesentlichen aus einer unterhalb des Anodenträgers bzw. der Traverse horizontal angebrachten, die Anodenstangen (DE-OS 2 330 557) oder die Anodenblöcke (DE-OS 2 251 889) umgreifenden Abdeckung, an deren Aussensei-ten weitere, schräg bis zum Rand der Elektrolysewanne rei-30 chende seitliche Abdeckungen befestigt sind. Die längsseitige Schrägabdeckung ist mehrfach unterteilt, zur Bedienung der Zelle können sowohl ein als auch mehrere Deckel sowie die gesamte längsseitige Schrägabdeckung mittels eines Tragrahmens gehoben werden.

35 Nach einer weiteren, in der DE-OS 2 510 400 beschriebenen Ausführungsform ist die Abdeckung am Anodenträger selbst befestigt. Durch eine zweistufige Schwenkbewegung um in Längsrichtung zur Elektrolysezelle liegende Drehachsen kann die Abdeckung hochgeklapt werden. 40 Schliesslich können nach der DE-OS 2 263 348 die längsseitige Seitenabdckelung bildende Haubenteile ineinander verschoben werden.

Diese bekannten Abdeckungssysteme weisen trotz verhältnismässig aufwendiger Konstruktion nicht unwesentliche 45 Mängel auf. So muss, insbesondere bei der DE-OS

2 263 348, beispielsweise bei einem Anodenwechsel entweder ein beträchtlicher Teil der Zelle abgedeckt werden, oder der Anodenwechsel lässt sich nicht bedienungsfreundlich durchführen. Weiter ist das Hochfahren des Anodenträgers, 50 zu welchem üblicherweise eine Hilfstraverse eingesetzt wird, nicht in jedem Fall problemlos möglich.

Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Abdeckungssysteme ergibt sich bei der wirtschaftlichen Betrachtung: Der finanzielle Aufwand ist verhältnismässig gross und eine Um-55 rüstung von bestehenden, nicht gekapselten Elektrolysezellen ist — wenn überhaupt — nur mit erheblichem Aufwand möglich.

In der DE-OS 28 41 459 ist eine wirtschaftlicher arbeitende, bedienungsfreudlichere Abdeckung von Elektrolyse-60 zellen vorgeschlagen worden, indem sehr leichte Wegwerf-deckel, sowohl auf der Traverse als auch auf dem Rand der Elektrolysezelle gleiten können. Hubbegrenzungen sorgen dafür, dass die leichten Deckel im oberen Hubbereich auf dem Rand der Elektrolysezelle gleiten, im unteren Hubbe-65 reich der Traverse dagegen auf deren vertikaler Aussenseite selbst.

Als Nachteil von solchen Wegwerfdeckeln muss jedoch in Kauf genommen werden, dass sie häufig deformiert wer

3

647007

den und dadurch undicht sind. Für das Instandhalten einer tadellos funktionierenden Abdeckung müssen aufwendige Kontrollarbeiten durchgeführt werden. Es muss entschieden werden, ob und wann die defekten Deckel ersetzt werden müssen.

Der Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, ein Abdecksystem für Elektrolysezellen aus Wegwerfdeckeln zu schaffen, die leicht auswechselbar sind und keine besonderen Kontrollarbeiten erforderlich machen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Anordnung von

— zwei auf gleicher Höhe oberhalb des Spatens/der Spaten aus den parallel zu dessen/deren Längsseiten liegenden Seitenflächen der Anodenstange herausragende Nocken bzw. Bolzenenden, und

— einen daran eingehängten, rechteckigen Wegwerfdeckel aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, welcher im oberen Bereich eine der Anodenstange entsprechende Aussparung — mit etwas Spiel — hat, und auf den Nocken bzw. Bolzenenden aufliegt, breiter als der/die an der Anodenstange aufgehängte/n Kohlekörper ausgebildet ist und mit dem unteren, umgebogenen Ende über den/die Kohlekörper hinausragt.

Die minimale Auflagefläche der Nocken bzw. Bolzenenden richtet sich nach dem Spiel zwischen Deckel und Anodenstange. Sie muss also mindestens 5 cm betragen,

liegt aber vorzugsweise eher in der Grössenordnung von 10-20 cm. Damit ist eine optimale Deckelauflage gewährleistet.

Um die absolute notwendige minimale mechanische Festigkeit aufzuweisen, müssen die Deckel 1-2 kg schwer sein. Ihre Festigkeit kann dadurch erhöht werden, dass sie sphärisch verformt werden, wie dies beispielsweise bei Kofferraumdeckeln von Automobilen erfolgt. Eine weitere Möglichkeit zur Erhöhung der Festigkeit besteht darin, dass Sicken ausgeformt sind und/oder — allerdings unter Inkaufnahme einer Gewichtserhöhung — eine Aufbördelung erfolgt.

Der Wegwerfdeckel kann unter Benutzung der Aussparung in die Anodenstange eingefahren werden. Diese etwas umständliche Manipulation kann weggelassen werden, wenn die Aussparung für die Anodenstange hinten in der Mitte aufgeschnitten und dann das eine Teil nach oben, das andere nach unten gebogen wird, bis der Abstand der beiden Laschen mindestens der Dimension der Anodenstange entspricht. Der Deckel kann nun einfach ein- oder ausgefahren werden, indem er um seine Längsachse gedreht und dann wieder in die ursprüngliche Lage zurückgebracht wird. Die Laschen verhindern in Arbeitslage ein Herausgleiten aus der Aussparung.

Vom Standpunkt der Manipulation aus betrachtet soll das Spiel zwischen Wegwerfdeckel und Anodenstange nicht zu klein sein. Auf der andern Seite bedeutet natürlich ein zu grosses Spiel, dass einerseits die Zellenabdeckung weniger dicht ist und andererseits die Wegwerfdeckel weniger zentriert werden. In der Praxis haben sich 1-2 cm als optimales Spiel erwiesen.

Da der Deckel bei eingesetzter Anode auf dem Bord der Elektrolyse wanne aufliegt, muss der Wegwerfdeckel gegenüber der von ihm umgebenen Anodenstange elektrisch isoliert sein, weil sonst ein Kurzschluss entstehen würde.

Vorzugsweise werden folgende Dichtungsarten — einzeln oder kombiniert — angewandt:

— Auf die Aussparung des Wegwerfdeckels für die Anodenstange werden Dichtungslippen gesteckt. Der Deckel kann sich gegenüber der Anodenstange bewegen, ohne dass beide auf gleiches elektrisches Potential gebracht werden.

— Die auf dem Zellenbord gleitende Auflagefläche des Deckels wird mit einem Isolatormaterial beschichtet, beispielsweise durch das Aufsprühen von Tetrafluoräthylen (Teflon).

— Das Zellenbord besteht aus Isolationsmaterial oder ist mit solchem beschichtet.

— Der Deckel ist in bezug auf die Längsrichtung zweiteilig ausgebildet, indem die beiden metallischen Teile mit einem Isolierstoff mechanisch fest verbunden sind.

Zweckmässig wird der Wegwerfdeckel mit dem Anschlagen des Kohlekörpers bzw. der Kohlekörper von Doppelanoden, die an einer gemeinsamen Anodenstange befestigt sind, eingehängt. Dieser eingehängte Deckel liegt oben auf den Nocken bzw. Bolzenenden und unten auf dem Kohlekörper auf.

Vor dem Einsetzen der Anode in eine Elektrolysezelle wird über die ganze Traversenlänge eine horizontale Auflage geschaffen, auf welche der Wegwerfdeckel aufliegt. Für das untere, umgebogene Ende des Deckels muss auf dem Bord der Elektrolysewanne eine Gleitfläche vorhanden sein. Wird die in die Elektrolysezelle gehängte Anode im Verlauf des Verfahrens abgesenkt, so ist gewährleistet, dass die nebeneinander liegenden Wegwerfdeckel eine homogene Abdeckung bilden:

— Bei einzeln absenkbaren Anoden senkt sich nur der Nocken mit der Anodenstange; die auf dem sich über die ganze Traversenlänge erstreckenden Winkelprofil aufliegenden Wegwerfdeckel bleiben in konstanter Position.

— Wird die Traverse, und dadurch alle Anoden gemeinsam, abgesenkt, so verschieben sich alle Wegwerfdek-kel nach unten und gleiten gleichzeitig auf dem Bord der Elektrolysewanne nach aussen.

Die Deckel aller Anoden geben so eine geschlossene Ofenkapselung. Es genügt dabei, dass die Deckel nebeneinander liegen, ohne sich zu überlappen. Es ist nicht erwünscht, dass die Abdeckung zu dicht ist und damit ein zu Tonerdeverlusten führender Unterdruck in der Elektrolysezelle entsteht.

Die Abdeckung der Stirnseiten erfolgt normal, d.h. mit stationär angeordneten Platten. Zweckmässig sind die Elektrolysezellen so konzipiert, dass das Schöpfen des abgeschiedenen Metalls stirnseitig erfolgen kann.

Das Auswechseln einer verbrannten Anode erfolgt normal, d.h. sie wird abgehoben und nimmt dabei den Wegwerfdeckel automatisch mit.

Die Vorteile des erfindungsgemässen Abdecksystems können wie folgt zusammengefasst werden:

— In der Zelle sind die Druckverhältnisse stets unter Kontrolle.

— Die Wegwerfdeckel sind nur 1-2 kg schwer.

— Die Deckel werden beim Anodenwechsel automatisch entfernt und können in der Anodenschlägerei ersetzt werden.

— Bei vorzeitiger, offensichtlicher Beschädigung können die Deckel leicht individuell ausgewechselt und in die Elektrolysezelle geworfen werden.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer einsatzbereiten Anode

Fig. 2 eine Teilansicht des einghängten Mechanismus des Deckels, in Fig. 1 von links

Fig. 3 eine aufgeschnittene, teilweise Seitenansicht einer Aluminiumschmelzflusselektrolysezelle mit eingesetzter Anode.

Die in Fig. 1 dargestellte einsatzbereite Anode umfasst

5

10

IS

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

647007

4

einen quaderförmigen Kohlekörper 10, der über einen Spaten 12 an einer Anodenstange 14 aufgehängt ist. An derselben Anodenstange können auch mehrere Kohlekörper aufgehängt werden, insbesondere sind die aus zwei Kohlekörpern gebildeten Doppelanoden bekannt. Der Wegwerfdek-kel 16 hat im oberen Bereich eine an die Anodenstange 14 angepasste Aussparung 18, wobei allerdings ein Spiel von ca. 1 cm offen gelassen wird. Der Wegwerfdeckel 16 hat ein umgebogenes Ende 20 mit einer elektrisch isolierten Gleitfläche auf der Aussenseite. Zwei Bolzenenden 22 verhindern, dass der Deckel auf der Anodenstange nach unten gleitet.

In der Ausführungsform nach Fig. 2 ist die Aussparung hinten (in Fig. 1 links) in der Mitte aufgeschnitten und die Enden 44 in entgegengesetzter Richtung um 45° umgebogen worden, bis der Abstand mindestens der Anodenstangen-breite b entspricht. Zum individuellen Entfernen kann der Deckel leicht angehoben und dann in Pfeilrichtung gedreht werden bis die beiden Laschen 24 parallel zu der Anodenstange 14 mit der Breite b liegen. Der Wegwerfdeckel kann in dieser Stellung frei herausgezogen werden. Beim Einführen des neuen Deckels wird dieser mit zu der Anodenstange 14 parallelen Laschen 24 eingeführt und dann mit einer zur Pfeilrichtung entgegengesetzten Drehbewegung in Arbeitslage gebracht.

Die in Fig. 3 dargestellte Anode ist in eine Schmelzflusselektrolysezelle zur Herstellung von Aluminium einge-s setzt, welche in ihrem Unterteil aus dem Verstärkungsprofil 26 der Stahlwanne, dem Seitenkohlebord 28, dem Kohleboden 30 und der Bordstampfmasse 32 besteht. Auf dem Kohleboden 30 liegen das abgeschiedene flüssige Metall 34 und der Elektrolyt 36.

io An der Traverse 38 ist ein Winkelprofil 40 befestigt, auf welchem der obere Teil des Wegwerfdeckels 16 aufliegt. Der untere Teil des Deckels mit dem umgebogenen Ende 20 kann auf dem horizontal ausgebildeten, elektrisch isolierten Bord 42 der Elektrolysewanne gleiten, wenn die Höhe der 15 Traverse verändert wird.

Im vorliegenden Beispiel sind die Anodenstangen 14 einzeln absenkbar. Die Bolzenenden entfernen sich beim Absenken der Anoden vom Wegwerfdeckel 16, welcher auf dem Winkelprofil 40 aufliegt. Beim Auswechseln der Ano-20 de wird diese nach oben gehoben, damit nähern sich die Bolzenenden 22 dem Wegwerfdeckel 16, treten in Eingriff und heben ihn schiesslich von der Elektrolysezelle ab.

1 Blatt Zeichnungen

Claims

647007

1. Anode für eine gekapselte Schmelzflusselektrolysezel-le zur Herstellung von Aluminium, mit einer Anodenstange und mindestens einem an einem Spaten aufgehängten Kohleblock, gekennzeichnet durch die Anordnung von

— zwei auf gleicher Höhe oberhalb des Spatens/der Spaten (12) aus den parallel zu dessen/deren Längsseiten liegenden Seitenflächen der Anodenstange (14) herausragende Nocken bzw. Bolzenenden (22), und

— einen daran eingehängten, rechteckigen Wegwerfdek-kel (16) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, welcher im oberen Bereich eine der Anodenstange (14) entsprechende Aussparung (18) — mit etwas Spiel — hat, und auf den Nocken bzw. Bolzenenden (22) aufliegt, breiter als der/die an der Anodenstange (14) aufgehängte/n KohlekÖr-per (10) ausgebildet ist und mit dem unteren, umgebogenen Ende (20) über den/die Kohlekörper hinausragt.

2. Anode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nocken bzw. Bolzenenden (22) mindestens 5 cm, vorzugsweise jedoch 10-20 cm horizontal von der Anodenstange (14) abragen.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Anode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (18) im oberen Bereich des Wegwerfdeckels (16) gegenüber der Anodenstange (14) 1-2 cm Spielt hat.

4. Anode nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegwerfdeckel (16) sphärisch verformt ist.

5. Anode nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass im Wegwerfdeckel (16) Sicken ausgebildet und/oder Aufbördelungen angebracht sind.

6. Anode nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der hinter der Aussparung (18) für die Anodenstange (14) verbleibende Steg (44) in der Mitte durchschnitten und die Enden in entgegengesetzter Richtung abgebogen sind, und der Abstand der beiden Laschen (24) mindestens der entsprechenden Breite (b) der Anodenstange (14) entspricht.

7. Anode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Laschen (24) in bezug auf den Wegwerfdeckel (16) in entgegengesetzter Richtung um 45° abgebogen sind.

8. Anode nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die parallel zum Spaten (12) verlaufenden Ränder der Aussparung (18) mit aufsteckbaren Dichtungslippen versehen sind.

9. Anode nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenseite des unteren umgebogenen Endes (20) des Wegwerf deckels (16) mit einer elektrisch isolierenden Gleitschicht belegt ist.

10. Anode nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegwerfdeckel (16) in bezug auf die Längsrichtung vollständig durchtrennt und mit einem elektrisch isolierenden Material mechanisch stabil verbunden ist.