DE1110879B

DE1110879B - Zelle fuer die Schmelzflusselektrolyse

Info

Publication number: DE1110879B
Application number: DEP16167A
Authority: DE
Inventors: Paul Morel
Original assignee: Pechiney SA
Current assignee: Pechiney SA
Priority date: 1955-04-30
Filing date: 1956-04-28
Publication date: 1961-07-13
Also published as: US2846388A; FR1125949A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

P16167VI/40C

ANMKLDETAG: 2». A P R I L 1956

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
OND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 13. JULI 1961

Zellen für die Schmelzflußelektrolyse, insbesondere solche zur Gewinnung von Aluminium, werden mit niedriger Spannung, zuweilen in der Größenordnung von 4 bis 4,5VoIt, betrieben. Es ist deshalb vorteilhaft, verschiedene Spannungsunterschiede, die für die Elektrolyse nutzlos sind, soweit wie möglich zu verringern. In der französischen Patentschrift 953 361 sind bereits Verfahren beschrieben, durch die eine elektrische Verbindung zwischen den Kohleblöcken, die den Boden der elektrolytischen Zellen bilden, und den Metallstäben zur Stromzuführung bzw. -abführung (je nachdem, ob eine elektrolytische Gewinnung von Aluminium oder eine Veredlung dieses Metalls in Frage kommt) erreicht wird. Gemäß diesen Verfahren bettet man mittels Gußeisen besonderer Qualität Stahlstäbe, im allgemeinen von rechtwinkeligem Querschnitt, in die in den Kohleblöcken vorgesehenen Rinnen ein, wodurch eine weitgehende Spannungsverminderung am Boden der Zelle erzielt wird. Das Gußeisen besonderer Qualität kann nach der deutschen Patentschrift 812211 durch Kupfer bzw. Bronze mit weniger als 10% Zinn ersetzt werden.

Diese Verfahren befriedigten früher weitgehend, jedoch wurden seither Zellen gebaut, bei denen am ganzen Umfang der Zellenwanne abgeschrägter, verfestigter Kryolith angebracht ist, so daß die Oberfläche des Zellenwannenbodens auf etwa die gleiche Oberfläche beschränkt ist wie die Anode, um die Bedeutung von Niveauunterschieden und von Bewegungen des flüssigen am Boden der Zellenwanne liegenden Aluminiums zu verringern, wodurch man bei der Elektrolyse sehr hohe Ausbeuten erzielt, die 90% erreichen und zuweilen überschreiten. Zellen mit abgeschrägten Wandungen hatten jedoch den Nachteil, daß sich infolge der durch das Vorhandensein der Abschrägungen bedingten Verminderung der aktiven Oberfläche des Wannenbodens der Spannungsabfall erhöht und häufig, insbesondere bei niedrigen Arbeitstemperaturen, wie 930 bis 950° C, 0,40 Volt erreicht. Deshalb besteht ein erhebliches Interesse, diesen Spannungsabfall zu verringern, ohne die neuartigen Leitungssysteme für elektrolytische Zellen abzuändern.

Die Erfindung ermöglicht eine Lösung dieser Aufgabe unter Behebung der obigen Mängel. Sie beruht auf der Feststellung, daß der Spannungsabfall am Beden der Zelle hauptsächlich eine Folge des elektrischen Widerstandes der Stahlschienen ist, welche die Verbindung zwischen den Kohleblöcken und den äußeren Leitern herstellen. Die Erfindung sieht also Mittel zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit dieser Verbindungen vor.

Zelle für die Schmelzflußelektrolyse

Anmelder:

PECHINEY, Compagnie de Produits

Chimiques et Electrometallurgiques,

Paris

Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Puls und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann, Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 30. April 1955

Paul Morel, HermiHon, Hameau d'Echaillon

(Frankreich),
ist als Erfinder genannt worden

Die erfindungsgemäße Zelle für die Schmelzflußelektrolyse mit einem aus Kohleblöcken, in welche stromführende waagerechte Stahlschienen eingelassen sind, gebildeten Wannenboden von kleinerem Flächeninhalt als die Badoberfläche ist dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen auf die Länge des Wannenbodenquerschnittes verkürzten Stahlschienen über diesen Querschnitt hinausragende Ansatzstücke aus Aluminium tragen. Die Ansatzstücke aus Aluminium, welche das Stück, um welches die Stahlschiene verkürzt worden ist, ersetzen, weisen eine bessere spezifische Leitfähigkeit für den Strom auf. Die verwendeten Stahlschienen können eine große Querschnittsfläche haben. So ragen sie nach einer besonderen erfindungsgemäßen Ausführungsform auf annähernd ihrer ganzen Länge aus der in den Kohleblöcken des Wannenbodens vorgesehenen Rinne nach unten heraus. Sie können auch in bekannter Weise mittels einer Kupferschiene verstärkt sein.

Nach einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung läßt man die Verbindungsschienen den Boden der Zellen durchdringen. Zu diesem Zweck sind die unmittelbar gleichlaufend der Außenkante der Kohleblöcke im rechten Winkel abgebogen oder in eine entsprechende Form gebracht.

Die Zeichnungen dienen zum besseren Verständnis der Erfindung.

109 647/443

Die Fig. 1, 2, 3 und 4 zeigen Profile verschiedener erfindungsgemäßer Elektrolysezellen.

Bei allen Figuren bedeuten die Zahlen folgende Teile:

1 ist der Metallmantel, welcher die Zelle umgibt, 2 eine Isolierschicht, 3 sind die Kohlewandungen der Wanne, 4 die Kohleblöcke, die den Boden der Zellen bilden und an deren Unterteil sich eine Rinne bzw. Aussparung befindet, in welcher die Stahlschiene 5 mittels eingegossenen Gußeisens befestigt ist. 6 ist das Fundament aus feuerfesten Steinen, welches die Wanne trägt.

In den Fig. 1 und 2 sind Wannen mit erfindungsgemäß verkürzten Stahlschienen 5 und Ansatzstücken 7 aus einem Metall mit höherer Leitfähigkeit als Stahl, z. B. aus dem billigen Aluminium, dargestellt. Es ist hierbei notwendig, die Breite des unteren Teiles des Gehäuses zu verringern, da das Aluminium bei den dort herrschenden Temperaturen nicht beständig ist und deshalb außerhalb des Gehäuses angeordnet sein muß.

Fig. 1 zeigt eine Wanne mit Stahlschienen 5, die aus der Rinne in den Kohleblöcken 4 nicht herausragen. Die Stahlschienen 5 können in bekannter Weise durch einen angeschweißten Kupferstreifen verstärkt sein.

Fig. 2 zeigt die Anordnung mit Stahlschienen 5 von großer Querschnittsfläche, die nach unten aus der in den Kohleblöcken 4 vorgesehenen Rinne herausragen.

Bei der in Fig. 1 und 2 gezeigten Anordnung erzielt man am Boden der Zelle einen Spannungsabfall von 0,25VoIt.

Bei den Wannen der Fig. 3 und 4 treten die Enden der Stahlschienen 5 durch den Boden aus, wodurch ebenfalls eine Verkürzung der Stahlschienen 5 erreicht wird.

In Fig. 3 sind die Schienen 5 entlang den Blöcken im rechten Winkel abgebogen, und hier sind die AIuminiumansatzstücke 7 langer als in Fig. 1 und 2. Übrigens kann man unterhalb der Zellen Leiter 8 vorsehen, um den Strom aus den Stahlschienen 5 abzuleiten. Die gebogenen Schienen kann man gegebenenfalls in bekannter Weise mit einem Kupferstreifen verstärken. Man kann mit dieser U-Form Spannungsabfalle von etwas unter 0,25VoIt, beispielsweise 0,24 Volt, erzielen.

In Fig. 4 hat die waagerechte Stahlschiene 5 genau die Länge der gemeinsamen Bodenblöcke, und der Strom fließt durch senkrechte Schenkel 9 aus. Die ganze Anordnung hat etwa die Form des griechischen Buchstabens Pi (π). Man kann diese Form durch Schmieden oder Schweißen erhalten. Der Spannungsabfall am Boden kann leicht 0,24VoIt erreichen.

Die günstigsten Querschnittsflächen und Längen der Stahl- und Aluminiumleiter hängen von dem Preis dieser Stoffe und dem jeweiligen Strompreis ab. In jedem Fall ist es dem Fachmann möglich, diese Größen zu bestimmen, ohne von der Erfindung abzuweichen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Zelle für die Schmelzflußelektrolyse mit einem aus Kohleblöcken, in welche stromführende waagerechte Stahlschienen eingelassen sind, gebildeten Wannenboden von kleinerem Flächeninhalt als die Badoberfläche, dadurch gekenn zeichnet, daß die im wesentlichen auf die Länge des Wannenbodenquerschnittes verkürzten Stahlschienen (5) über diesen Querschnitt hinausragende Ansatzstücke (7) aus Aluminium tragen.

2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlschienen (5) auf annähernd ihrer ganzen Länge aus der in den Kohleblöcken des Wannenbodens vorgesehenen Rinne nach unten herausragen.

3. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlschienen (5) an ihren Enden U-förmig nach unten abgebogen sind und daß die an ihren aus dem Wannenboden herausragenden Enden befestigten Ansatzstücke (7) aus Aluminium bestehen.

4. Zelle nach Anspruch!, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlschienen (5) in Doppel-T-Form angeordnet sind, wobei die senkrechten Schenkel (9) des Doppel-T aus dem Wannenboden herausragen und Ansatzstücke (7) aus Aluminium tragen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 812211, 863 999, 898968.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen