DE1172859B - Kathodenwanne fuer die Herstellung von Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. KL: C22d

Deutsche Kl.: 40 c-3/12

Nummer: 1 172 859

Aktenzeichen: A 39030 VI a / 40 c

Anmeldetag: 15. Dezember 1961

Auslegetag: 25. Juni 1964

Das Hauptpatent 1146 259 bezieht sich auf ein Verfahren zum Auskleiden der Wände der Kathodenwanne einer Zelle für die Herstellung von Aluminium durch Schmelzflußelektrolyse und auf eine nach diesem Verfahren hergestellte Kathodenwanne. Das Auskleiden erfolgt durch Stampfen einer Masse aus 40 bis 85% Siliciumcarbidpulver, 45 bis 7% Kokspulver und 15 bis 8% Pech.

Es hat sich nun ergeben, daß eine Kathodenwanne mit nach dem erwähnten Verfahren ausgekleideten Seitenwänden sich sehr gut für Zellen eignet, bei denen der Strom durch Elemente aus Carbiden und/ oder Boriden derUbergangsmetalle Titan, Zirkonium, Tantal und Niob dem kathodisch abgeschiedenen, geschmolzenen Aluminium zugeführt wird.

Im nachfolgenden soll an Stelle der Ausdrücke »Carbiden und/oder Boriden der Übergangsmetalle« der Einfachheit halber der Ausdruck »Hartmetall« verwendet werden. Solche Stromzuführungselemente sind z.B. in den schweizerischen Patentschriften 301030, 330 206 und 346 033 beschrieben.

Die Stromzuführungselemente aus solchem »Hartmetall« können lotrecht von oben durch das Elektrolytbad hindurch bis zur flüssigen Kathodenmetallschicht eingeführt werden.

Die nach dem Verfahren des Hauptpatents ausgekleideten Seitenwände werden aber besonders zweckmäßig in solchen Aluminiumelektrolysezellen verwendet, in denen stabförmige Stromzuführungselemente aus »Hartmetall« waagerecht oder nahezu waagerecht in den Seitenwänden der Kathodenwanne angeordnet sind und mit ihrem Ende bis zum flüssigen Kathodenmetall reichen. Die schlechte Wärmeleitfähigkeit der siliciumcarbidhaltigen Masse erlaubt die Wandauskleidung dünner zu halten, als es mit der üblichen Kunstkohlenstoffmasse möglich ist, so daß die »Hartmetalk-Strorrizuführungselemente, die sehr teuer sind, kürzer gehalten werden können.

Man hat zwar schon vorgeschlagen, in einem solchen Fall die Seitenwände der Zellen aus mit Hilfe von tongebundenem Siliciumcarbid oder aus nitridgebundenem Siliciumcarbid herzustellen. Abgesehen davon, daß das für das Zusammenfügen von Platten oder Blöcken aus diesen Materialien verwendete Bindemittel durch den Schmelzflußelektrolyten angegriffen wird und daß die Platten bzw. Blöcke meistens nicht so dicht miteinander verbunden werden können, daß der Schmelzflußelektrolyt nicht mit der Zeit durch die Fugen dringt, ist ein Schutz durch eine Kruste von erstarrtem Elektrolyten erforderlich, da insbesondere das tongebundene Siliziumcarbid vom flüssigen Aluminium und vom Schmelzfluß-Kathodenwanne für die Herstellung von
Aluminium durch Schmelzflußelektrolyse

Zusatz zum Patent: 1 146 259

Anmelder:

Schweizerische Aluminium A. G.,

Chippis (Schweiz)

Vertreter:

Dr. K. Schwarzhans und

Dipl.-Chem. Dr. phil. E. Jung, Patentanwälte,

München 19, Romanplatz 10

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Chem. Dr. Erhard Herrmann,
Neuhausen am Rheinfall (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 30. Januar 1961 (1051)

elektrolyten angegriffen wird. Die Dicke der Erstarrungskruste bedingt eine entsprechende größere Länge der Stromzuführungselemente aus »Hartmetall«.

Seitenwände aus der im Hauptpatent beschriebenen siliciumcarbidhaltigen Auskleidungsmasse bedürfen eines Schutzes durch erstarrten Elektrolyten nicht, so daß bei gleicher Dicke der Auskleidung die Stromzuführungselemente aus »Hartmetall« kürzer gehalten werden können als im Falle einer Auskleidung aus tongebundenem oder nitridgebundenem Siliciumcarbid.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den folgenden Ausführungen:

Nach dem Verfahren des Hauptpatentes werden die Seitenwände der Kathodenwanne nicht mit bereits vorgeformten, zusammengekitteten keramischen Platten, sondern mit einer in bekannter Art und Weise fugenlos eingestampften, neuartigen Masse ausgekleidet, die sich, wie oben angegeben, aus 40 bis 85% Siliciumcarbidpulver, 45 bis 7% Kokspulver und 15 bis 8^fl/o Pech zusammensetzt.

409 627/307

Vorzugsweise wird folgende, engere Zusammensetzung verwendet:

Siliciumcarbidpulver .. 70 bis 80 Gewichtsprozent

Kokspulver 15 bis 10 Gewichtsprozent

Mittelhartpech 15 bis 10 Gewichtsprozent

Als sehr gut geeignet hat sich eine Mischung aus 75% Siliciumcarbid, 14% Kokspulver und 11% Mittelhartpech erwiesen. Es ist selbstverständlich möglich, der Stampfmasse geringe Mengen anderer Stoffe zuzusetzen, sofern diese das Ergebnis nicht beeinträchtigen.

Das Siliciumcarbid soll in der beschriebenen Stampfmasse in Korngrößen von 0 bis 6 mm vorliegen. Das Kokspulver kann aus allen beliebigen Kokssorten hergestellt sein und soll eine Korngröße von 0 bis 22 mm haben. Die Mischung wird zweckmäßigerweise bei einer Temperatur zwischen 50 und 250° C hergestellt, wobei eine beliebige Pechart entweder in vorverflüssigter Form oder in Stücken zügesetzt wird.

Die erreichte mechanische Festigkeit der neuen Masse nach dem Stampfen beruht auf der wechselseitigen Wirkung des Peches und des Kokspulvers. Pech und Kokspulver bilden eine Art Wabenstruktur, in deren Hohlräumen das Siliciumcarbid als Füllkörper eingelagert ist.

Die neue Stampfmasse ist in reduzierender Atmosphäre gegen den Schmelzfiußelektrolyten und gegen flüssiges Aluminium beständig. Ihre elektrische Leitfähigkeit ist je nach Gehalt an Siliciumcarbid 5- bis 15mal kleiner als diejenige der bisher verwendeten Kunstkohlestampfmasse. Die Wärmeleitfähigkeit ist um die gleiche Größenordnung kleiner.

Ein wesentlicher Vorteil der neuen Stampfmasse liegt darin, daß sie in gleicher Weise wie die bisher übliche Kunstkohlestampfmasse verarbeitet und zur Herstellung von gestampften Wandauskleidungen verwendet werden kann.

Die neue Stampfmasse läßt sich fest und fugenlos mit den bisher im Bau von Aluminiumelektrolysezellen üblichen Kohlematerialien verbinden. Ein bedeutender Vorteil der Herstellung der Wandauskleidung aus der ernndungsgemäßen Stampfmasse gegenüber dem Aufbau aus vorgeformten, Siliciumcarbid enthaltenden Platten besteht darin, daß die ganze Kathodenwanne fugenlos hergestellt werden kann.

Auch die Sohle der Zelle mit »Hartmetalk-Stromzuführungselementen zum flüssigen Kathodenmetall kann aus der neuen, siliciumcarbidhaltigen Stampfmasse hergestellt werden, wenn beispielsweise besonderer Wert auf die Unterdrückung von Nebenströmen (Streuströmen) gelegt wird.

Es ist zu bemerken, daß nach dem Verfahren des Hauptpatentes hergestellte Seitenwände, im Gegensatz zu Kohlewänden, vom Schmelzflußelektrolyten nicht imprägniert werden, was unter anderem zu einem geringeren Elektrolytenverbrauch führt.

Beim Betrieb der Zellen mit Seitenwänden aus der siliciumcarbidhaltigen Stampfmasse hat es sich gezeigt, daß der obere Rand der Wandauskleidung unter Einwirkung von Elektrolytspritzern und von Luftsauerstoff unter ungünstigen Umständen ein wenig angegriffen wird, wodurch Siliciumoxyd, das die Siliciumcarbidteilchen in dünnster Schicht umhüllt, infolge Wegbrennens des Kohlenstoffes freigelegt wird und in den Ofenfluß gelangen und dadurch einen leichten Anstieg des Siliciumgehaltes des Kathodenmetalls verursachen kann. Diese Gefahr wird durch Anordnen einer Schicht aus herkömmlicher Kunstkohlestampfmasse auf dem oberen Rand der Wandauskleidung beseitigt. Diese Schicht aus herkömmlicher Kunstkohlestampfmasse läßt sich ihrerseits durch ein Eisenblech schützen, das in geeigneter Weise verankert ist.

Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel. Sie zeigt schematisch im Längsschnitt eine Aluminiumelektrolysezelle 1 mit vorgebackener Kohleanode 2, feuerfester Auskleidung 8 aus Schamottesteinen, Kohleboden 3, Wandauskleidung 4 aus der neuen, aus Siliciumcarbidpulver, Kokspulver und Pech hergestellten Stampfmasse mit einer Schicht 5 aus gewöhnlicher Kunstkohlestampfmasse ohne Carbidzusatz und stabförmigen Stromzuführungselementen 6 aus »Hartmetall«. 7 ist ein Stahlblechdeckel, der die Kunstkohlemasse 5 schützt. Mit 9 ist die flüssige, kathodische Aluminiumschicht, mit 10 der geschmolzene Kryolithelektrolyt und mit 11 die Tonerdedecke bezeichnet.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Kathodenwanne einer Zelle für die Herstellung von Aluminium durch Schmelzflußelektrolyse nach dem Hauptpatent 1146 259, deren Seitenwände mit einer gestampften Masse aus 40 bis 85% Siliciumcarbidpulver, 45 bis 7% Kokspulver und 15 bis 8% Pech ausgekleidet sind, dadurch gekennzeichnet, daß sie für die Zuführung des Stromes zum flüssigen Kathodenmetall mit an sich bekannten Stromführungselementen aus Carbiden und/oder Boriden der Übergangsmetalle ausgerüstet ist.

2. Kathodenwanne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführungselemente waagerecht oder nahezu waagerecht in den Seitenwänden der Kathodenwanne angeordnet sind.

3. Kathodenwanne nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführungselemente stabförmig sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
österreichische Patentschrift Nr. 208 606:
britische Patentschrift Nr. 814 031.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 627βΟ7 fi. 61 © Bundesdruckerei Berlin