DE1143032B - Elektrolysezelle zur Durchfuehrung von Schmelzflusselektrolysen, insbesondere zur Herstellung von Aluminium - Google Patents

Description

• Elektrolysezelle zur Durchführung von Schmelzflußelektrolysen, insbesondere zur Herstellung von Aluminium Bei der Durchführung der Schmelzflußelektrolyse wird bekanntlich aus einem schmelzflüssigen Elektrolyten Metall abgeschieden. Bei der Herstellung von Aluminium sammelt sich das Metall in einer meist mit Kohle ausgefütterten Wanne, die als Kathode dient; darüber befindet sich der spezifisch etwas leichtere Elektrolyt, in den eine oder mehrere Anoden, meist ebenfalls aus Kohle, eintauchen.
• Der Spannungsabfall im Ofen besteht aus der elektrolytischen Polarisationsspannung und dem Ohmschen Spannungsabfall, der hauptsächlich im Elektrolyten vereinigt ist. Das Produkt aus Ohmschem Spannungsabfall und Gesamtstrom des Ofens ergibt den Anteil der zugeführten Leistung, der in Wärme verwandelt und benötigt wird, um die für die Elektrolyse erforderliche Temperatur aufrechtzuerhalten.
• Man hat bei Elektrolyseöfen mit Stromstärken über 30 kA, besonders stark aber bei Öfen mit 60 kA und mehr, eine Aufwölbung des Metallspiegels beobachtet. Diese Erscheinung ist für den Betrieb des Ofens sehr unangenehm, weil der Abstand zwischen Anode und Metall, der sogenannte Richtabstand, die im Ofen erzeugte Wärme bestimmt und z. B. bei Aluminium-Elektrolyseöfen in der Größenordnung 3 bis 4 cm liegt, während die beobachteten Aufwölbungen das Zwei- bis Dreifache dieses Wertes betragen.
• Als Ursache wurden schon frühzeitig elektromagnetische Kräfte vermutet. Da die beobachtete Rufwölbung unsymmetrisch war, führte man sie auf Unsymmetrien im Magnetfeld des Ofens zurück und versuchte, dieses möglichst symmetrisch zu gestalten, indem man, anstatt von den unter dem Hallenboden liegenden Stromschienen Steigleitungen allein am »einlaufenden« Ende hochzuführen, diese an beiden Enden des rechteckigen Ofens hochführte und den Ofen zweiseitig speiste. Die Steigleitungen wurden dabei dicht am Ofen angeordnet, um den Durchgang zwischen den Öfen nicht zu behindern.
• Es besteht heute kein Zweifel mehr, daß elektromagnetische Kräfte die Ursache für die Rufwölbung sind. Den obengenannten Gegenmaßnahmen war auch nur ein Teilerfolg beschieden, da die Höhe der Rufwölbung zwar zurückging und eine andere Gestalt annahm, aber immer noch in der Größenordnung des Richtabstandes blieb.
• Nicht anders liegen die Dinge bei Vorschlägen zur Ausschaltung der Einwirkung der elektromagnetischen Kräfte, die die Basis von älteren Patenten bzw. einer älteren Patentanmeldung, bilden. Diese Maßnahmen sind im einzelnen die folgenden: 1. Die Schienen, in welchen Strom mit entgegengesetzter Stromrichtung zwischen den Ofenreihen hin- und zurückgeführt wird, sollen in Öfen mit gleich großen Stromstärken, die für schmelzelektrolytische Erzeugung von Metallen Anwendung finden, zwecks Verminderung oder Behebung der in der Schmelze und besonders im Metallbad entstehenden elektromagnetischen Kraftwirkungen möglichst parallel zueinander angeordnet werden.
• z. Bei einem Ofen für die elekrolytische Aluminiumerzeugung mit seitlich über dem Boden eingeführten Kathodenbarren sollen diese so gekrümmt sein, daß die Höhe der Kohleausfütterung oberhalb der Kathodenbarren in der Nähe der Ofenseiten größer ist als in den zentralen Teilen des Ofens.
• 3. Bei einem Ofen für die Schmelzflußele.ktrolyse von Aluminium sollen an den Elektrolysezellenwänden Tafeln aus festen Fluoriden vorgesehen werden, die die Oberfläche der als Kathode dienenden Metallschmelze derart einengen, daß sie im wesentlichen der Anodenfläche entspricht, während gleichzeitig ein möglichst großer Anteil der waagerechten Sammelschienen in der gleichen Horizontalebene derart angeordnet wird, daß die Schienen eine möglichst große Fläche einnehmen.
• Überraschenderweise wurde gefunden, daß die genannten Nachteile bei einer Elektrolysezelle zur Durchführung von Schmelzflußelektrolysen, insbesondere zur Herstellung von Aluminium, mit einer Belastung von mehr als 30 kA unter Anwendung von Maßnahmen, durch die die Wirkung der von den Außenleitern herrührenden magnetischen Felder auf den die Metallschmelze und den Elektrolyten enthaltenden Raum weitgehend aufgehoben wird, sich dadurch vermeiden lassen, daß zwischen die Außenleiter und das Bad zusätzliches Eisen eingebaut ist.
• Die Ausführung des Erfindungsvorschlages kann in verschiedener Weise geschehen: So kann man z. B. die Wandung der Zarge verstärken und/oder bei geschlossenen Elektrolyseöfen den Teil der Schmelze außerhalb der Anode mit Eisen abdecken. Bei Verwendung geteilter Anoden kann man auch Stahlstäbe oder -profile zwischen den einzelnen Anodenblöcken hindurchführen, die beiderseits auf der Zargenwandung aufliegen. Letzteres ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Kontaktnippel der Anoden nicht querdurchgehen.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Elektrolysezelle zur Durchführung von Schmelzflußelektrolysen, insbesondere zur Her-Stellung von Aluminium, mit einer Belastung von mehr als 30 kA unter Anwendung von Maßnahmen, durch die die Wirkung der von den Außenleitern herrührenden magnetischen Felder auf den die Metallschmelze und den Elektrolyten enthaltenden Raum weitgehend aufgehoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Außenleiter und das Bad zusätzliches Eisen eingebaut ist.
2. 2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der Zarge verstärkt und/oder bei geschlossenen Elektrolyseöfen der außerhalb der Anode befindliche Teil der Schmelze mit Eisen abgedeckt ist.
3. 3. Zelle nach Anspruch 1. und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung geteilter Anoden Stahlstäbe oder -profile, die beiderseits auf der Zargenwandung aufliegen, zwischen den einzelnen Anodenblöcken hindurchgeführt sind. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsche Patente Nr. 1041262, 1049108.