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Selbstbackende Elektrode für die elektrolytische Metallgewinnung,
insbesondere für die Aluminiumgewinnung in Schmelzflußelektrolysen Die bisher bekanntgewordenen
Ausführungen der selbstlackenden Elektrode für die Metallgewinnung, insbesondere
für die Aluminiumgewinnung in Schmelzflußelektrolysen,haben den Nachteil, daß sie
einen vollkommen stetigen Betrieb noch nicht in vollem Maß ermöglichen. Dieses trifft
vor allem für die Stromzuführung und die Haltevorrichtung zu.
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Bei einer neueren :\usführungsform der selbstbackenden Elektrode wird
der Strom der Anodenl:olile durch sog. Kontaktbolzen aus Stahl zugeführt, die von
der Seite her waagerecht oder schräg in d:-Kohlenmasse hineinragen, dort festbacken
und den Strom auf die Kohlenanode übertragen. Die Kontaktlx>lzeci sind in mehreren
übereinanderliegenden Reihen angeordnet, von denen jeweils die untersten Reihen
an die Stromschiene angeklemmt sind. Bei fortschreitendem Abbrand der Elektrode
müssen die Stromanschlüsse von der untersten auf eine höhere Kontaktbolzenrei'he
umgeklemmt werden. Entsprechend dem entstehenden längeren Stromweg von der höheren
Bölzenrieihe zum Anodenfuß tritt ein erhöhter elektrischer Widerstand in der Kohlte
auf und damit ein Spannungsanstieg an der Anode. Dieser Spannungsanstieg wird erst
allmählich, bedingt durch die Abwärtsbewegung der Anode infolge Abtrennens, abgebaut,
um dann bei dem nächsten Umklemmen wieder aufzutreten. Außerdem bringen die seitlich
angeordneten Kontaktbolzen gewisse Ungleichmäßigkeiten in der Stromverteilung über
den Anodenquerschnitt mit sich, sei es nun, daß d!ie Kontaktbolzen nach dein Abklemmen
der untersten Reihe herausgezogen
\verden, sei es, (laß sie, sofern
sie frei der Aluminium-,gc@%'iltlltlllg aus Aluminium bestehen, in der Anodenkohle
Kerbleihen. In jedem Fall ist die Strom-\erteiltitlg in in verschiedenen Höhen ül)or
dem 1?lektrodenfuß liegenden Querschnitten unterschiediicll, wenn der Querschnitt
die Kontaktbolzen od°r -1<icli,er enthält oder in seiner ganzen Fläche aus Elektrodenkohle
gebildet ist.
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Bei einer anderen neueren Ausführungsform der sell>stl>acken(len Elektrode
erfolgt die Stromzuführung durch senkrecht von oben versc'liieden tief in die Elektrodenmasse
hineinragende metallische hrnit<el<tstangeli aus Stahl. Sobald die am tiefsten
iii die Anode hineinragenden Kontaktstangen auf .ine bestimmte Entfernung an (las
abbrennende laektro(lencnde herangekommen sind, wird die Stromzuführung auf eine
weniger tiefliegende Kontaktstangenreilie umgeklemmt und die abgeklenimten Kontaktstangen
aus der Elektrode Herausgezogen. Auch bei dieser Elektrode ergeben sich die gleichen
Mängel in der Stromzuführung, wie sie oben geschildert wurden.
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:\l>gesehen von den besonderen Vorrichtungen und den Arbeitskräften,
die das Ziehen der Kontaktholzen aus der gebackenen Elektrodenmasse erfordert, besteht
ein weiterer Nachteil dieser bekannten:\nordnungen darin, daß in der Anodenkohle
nach dein Ziehen der Kontaktlx>lzett oder -stangen Ilohlräume zurückbleiben, die
erfahrungsgemäß zu einem rascheren "Zerfall der Anodenkohle infolge 1_uftztitritts
(Oxydation) führen und zusätzlich die gleichmäßige Stromzuführung stören.
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Schließlich hat man auch versucht, die Stromzuführung durch aus der
Elektrode heraussch@raul>-hare Stäbe oder Röhre, die senkrecht von oben her in Längsrichtung
in der Elektrode eingesetzt sind, einwandfreier zu gestalten. Auch diese Anordnungen
lialieii sich in der Praxis nicht durchsetzen können, -,veil durch (las Losschrauben
der eingebackenen Stangen der elektrische Kontakt und die stetige, niiiglichst gleichmäßige
Stromzufuhr gestört wird.
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In ähnlicher Weise gestatten auch die bisher für die Aufhängung vorgesehenen
Vorrichtungen nicht ein stetiges ununterbrochenes Absenken der Elektrode. Beispielsweise
werden bei ,einer neueren Ausführungsform die die äußeren Begrenzungen der 1?lektrode
bildenden übereinander angeordneten, ringförmigen Rahmen zur Aufhängung benutzt,
@@ obei die Aufhängeseile am Rahmen selbst angreifen @1(le r an (1,i1 (1°r Stromzuführung
dienenden Kontaktl)olzeii. \\-eiche (furch den Rahmen hindurchgesteckt #ilill. )e
nach (lein fortschreitenden Abbrand- der .\node \vird jeweils der unterste Rahmen
entfernt uitd wieder oben aufgesetzt. Dabei muß die Aufhängung voni untersten Rahmen
auf den nächstliilllereli Rahmen umgelegt \%-erden. Um dieses zu ermöglichen, wird
die Elektrode an ei ier feststehenden Ifilfsaufhängung befestigt. Wähnend dieser
Z:it findet ein Nachsenken der Elektrode nicht Matt. Auch hui anderen Elektroden
mit feststehen-Mantel, frei denen di.^ Kontaktbolzen gleichzcItig zur .-\tifli:ingung
benutzt werden, ist beim .11>@@anc?;rn der Elektrode cHie Umlegung det
Auf-
hängung, die zugleich müt dem Umklemmen der Stromzuführung erfolgt, von
der untersten auf die nächsthöhere Bolzenreihe unter Zwischenschaltung einer Hilfsaufhängung
erforderlich und damit eine Unterllrechung der stetigen Absenkung gegeben.
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Die geschilderten Nachteile der bissher bekanntgewordenen selbstbackenden
Elektroden werden durch die vorliegende Erfindung beseitigt. Es wird erstmalig eine
Elektrode beschrieben, die in vollem Maß ein vollkommen stetiges Arbeiten ermöglicht.
Die selbstlackende Elektrode für die elektrolytiische Metallgewinnung, insbesondere
für die Alumi,niumgeNvinnung, besitzt eine Stromzuführung, die durch senkrecht von
oben in die Elektrodenmasse hineinragende metallische Kontaktkörper gebildet ist.
Sie ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß als Stromzuführung senkrecht
von oben in die Fl.ektrodenmasse hineinragende, in der Elektrod'eninasse verbleihende,
mit der hlektrodenmasse abwandernde und am Elektrodenfuß abschmelzende, entsprechend
dem Verbratic'h oben verlängerbare Kontaktkörper aus einem in der Elektrolyse eT
unschädlichen metallischen Werkstoff, und als Haltevorrichtung eine ein stufenloses
Absenken ermöglichende Aufhängevorrichtung vorgesehen sind. Die Kontaktkörper können
dabei aus dem in der Elektrolyse zu gewinnenden metallischen Werkstoff selbst oder
aus einem metallischen Werkstoff bestehen, der als Legierungsbestandteil in das
in der Elektrolyse zu gewinnende Metall eingeht. Die Kontaktkörper verbleiben also
fest in der Anode, wandern mit dieser nach unten und schmelzen in der Nähe des Anodelifuß-es
in einer gewissen Höhe über dem Elektrolyt zwangsläufig ab und verbürgen damit selbsttätig
eine stetige Stromzuführung und liebes Lockern und Herausziehen der Kontaktkörper
vermieden und dadurch stets ein guter Stromübergleichmäßige Elektrodenternperaturen.
Es wird jeggang gewährleistet. Durch die gutleitenden metallischen Kontaktkörper
wird der Strom nahezu verlustlos in den Anodenfuß bz«-. in die Backzone der selbstbackenden
Anode geleitet und damit auf kürzestem Weg und einwandfreier Weise dem Efektrolysevorgang
zugeführt.
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Um einen guten Stromübergang noch weiter zu fördern, können gemäß
der Erfindung die Kontaktkörper als Kontaktstangen ausgebildet werden, die eine
Form besitzen, «-elche bei gegebener Querschnittsfläche einen möglichst großen stromÜbertragenden
Umfang ergibt. 1)eispi'@elsweise können die Kontaktstangen einen sternförmigen Querschnitt
besitzen. Sie können aber selbstverständlich auch eins einfache, l)eispielsweise
runde, rechteckige oder sechseckige Querschnittsform haben. Es ist auch mcglich,
die Kontaktkörper als in die Elektrodenniasse eingesetztes Flecht- oder Gitterwerk
auszubilden. Hierdurch läßt sich die Anodenmasse in vorteilhafter Weise zusammenhalten
und verfestigen.
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Gemäß der 1?rfindtitig kfiniteti die Kontaktkörper über den Anoden(luerschilitt
ungleichmäßig verteilt, insbesondre :in den Randzonen vorzugsweisse an den l_cken
<lichter angeordnet \\ erden, so daß an
| allen Stellen der lacktrode die jeweils günstigste |
| Stromdichte zu erreichen ist. plan kann dies dadurch |
| crreiclien, dali licispielsl@eise die Kontaktkörper bei |
| gleichem ()uersclinitt mehr oder weniger eng an- |
| geordnet @\ erden. 1:s ist aber auch möglich, Kontakt- |
| kiirper mit unterschiedlicher Querschnittsfläche und |
| ()ttei-sclinittsforni in den waagerechten Anodienquer- |
| schnitt so anzuordnen, daß diegewiirnschte günstigste |
| Stromdichte überall erzielt wird, z. B. in der Mitte |
| des Anodenquerschnittes diitinere, am Rand dickere |
| Startgen ztt verwenden. |
| Die l@ontaktkiirper i\ erden, tun eine vollkommene |
| Stetigkeit der Stroinzufiihrung zu gewährleisten, |
| von "Zeit zu Zeit entsprechend dem Verbrauch nach |
| ollen angelängt. Dieses kann in bekannter Weise |
| durch Anschrauben. Arischweiß-eti oder irgendeine |
| andere Verbindungsart, bei der eine Querschnitts- |
| :inderung nicht eintritt, geschehen. Die Verbindung |
| nttil.i lediglich so durchgeführt werden, d'aß ein ein- |
| wandfreier Stromdurchgang gewährleistet ist. Die |
| Cbertragung des Stromes von den Zuführungs- |
| schienen auf die Kontaktstangen erfolgt oberhalb der |
| Allodeutnasse in bekannter Weise durch Anklemmen |
| oder Anschrauben iil>er biegbare Bänder oder Kabel. |
| \-oti Zeit zu Zeit werden diese Anschlüsse, soweit es |
| die :U>wärtsliewegung der Stangen erfordert, höher |
| gesetzt. l?iti Spannungsverlust tritt bei der guten |
| elektrischen Leitfähigkeit der metallischen Kontakt- |
| kürlier dadurch nicht ein. |
| Gemä(.l einer Ausführungsform der Erfindung |
| %\ ird bei Kontaktkörpern, die eine hähe Warm- |
| festigkeit besitzen, mindestens ein Kontaktkörper |
| nicht nur als stromführendes Element, sondern |
| gleichzeitig als Aufhängemittel für die Elektrode |
| ausgebildet. Dieses ist beispielsweise möglich, wenn |
| die Itotital;tki>rper aus einer Kupferlegierung, wie |
| Aluminitinibronze, bestehen. In diesen Fällen wird |
| der gleichzeitig als Aufhängemittel für die Elektrode |
| dienende l@oiital;tkörl>er an einer ein stufenloses |
| Senken ermügliclteiulen Vorrichtung aufgehängt. |
| .11s geeignet hat sich hier beispielsweise die Auf- |
| liiiiigting au gerillten stufenlos regelbaren Walzen |
| erwiesen, zwischen die der Kontaktkörper ein- |
| geklemmt und atifgreliätigt ist. Selbstverständlich |
| kann diese Vorrichtung auch so eingerichtet sein, |
| daß die I?lektrocle iti entgegengesetzter Richttang |
| gefahren, also angehohen «erden kann. |
| Gentiil1i einer anderen |
| der Erfin- |
| dung sind die Kontaktkörper lediglich als strom- |
| führeiitles Element ausgebildet. Dieses Pst ins- |
| be;ctlidere daini notwendig, wenn die Kontaktkörper |
| iiur chic geringe \\'tti-mfestigkeit besitzen und nicht |
| iii der l.agc sind, das Gewicht der 1#-fektrode selbst |
| zti trag:ii. lii diesen I@:illen muß zur Erzielung einer |
| st:tigeii wid lititiliter1iroclienen Arbeitsweise die |
| I?lektrt:de alt gesottderteli, ein sttifetiloses Senken |
| utid geg@lien;#tifalls auch Hel>eti ermöglichenden |
| \'tirriclituugeii auf-,#hiingt sein. Als besonders |
| z@@ed;ni;il.lig h@it sich hici-liei die Anordnung von |
| cit@lltiseii l@lictlerl;ctteu er@@ ieseu, deren einzelne |
| Glieder auf el(@i- der I:Iehtrode zugekehrten Seite tnit |
| Vorspriiiigeü \ cl-selteii sind. je Bach der Forin und |
| (1"11i (lc@@ iclit d@@r I,Id;tniile genügt es, die endlosen |
Gliederketten an zwei gegenüberliegenden Seiten oder auf (lern Umfang der Elektrode
verteilt anzuordnen, wobei die Zwischenräume zwischen den Gliederketten durch einen
feststehenden Mantel abgedeckt sind. Es ist auch möglich, die zur Aufhängung der
1?l.ektrode dienenden endlosen Gliederketten lückenlos auf dem Umfang der Elektrode
anzuordnen.
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Auf diese Weise wird gleichzeitig die bei den bisher bekannten Elektroden
notwendige Entfernung der jeweils untersten Rahmenteile vermieden und die sich daraus
ergebende Unstetigkeit in der Absenkung der Elektrode ausgeschaltet.
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In der Zeichnung sind Ausführungsformen der Elektrode gemäß der Erfindung
iin den wesentlichen Teilen beispielsweise dargestellt. Es zeigt Abb. i eine Elektrode
mit senkrecht von ollen in die Elektrodenmasse hineinragenden Kontaktstangen, bei
der zwei Kontaktstangen zur Aufhängung der Elektrode dienen und! zwischen stufenlos
regelbare gerillte Walzen .eingeklemmt sind, im Schnitt gemäß Linie 1-I der Abb.
2, Abb. 2 die Elektrode nach Abb. r in Draufsicht, Abb. 3 eine Elektrode mit senkrecht
von oben in die Elelctrodetimasse hineinragenden Kontaktstangen, bei der an zwei,
gegenüberliegenden Seiten je zwei endlose stufenlos regelbare Gliederketten als
Aufhängung angeordnet sind, im Schnitt gemäß Linie f11-111 der Abb. 4, Abb. 4 die
Elektrode nach Abb. 3 in Draufsicht, Abb. 5 eine Elektrode mit Kontaktkörpern, die
teilweise aus Gitterwerk bestehen, im Querschnitt, Abb. 6 einen Kontaktkörper aus
Flechtwerk.
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Bei der Elektrode gemäß den Abb. r und 2 ragen in die selbstbackende
Elektrodenmasse r von oben her die Kontaktstangen 2°, 26 und, 2c hinein, die'verschiedene
Querschnittsflächen besitzen und über den Elektrodenquerschnitt unterschiedlich
verteilt sind, sie sind mit Stromklemmaen 3 über Stromkabel an die Stromschienen
(nicht gezeichnet) angeschlossen. Sie bestehen aus hochschmelzendem Werkstoff, beispielsweise
bei der Elektrolyse von Aluminium für kupferhaltige Aluminiumlegierungen aus Aluminiumbronze,
und sind durch Strangpressen oder Walzen hergestellt: Die Kontaktstangen sind durch
den Backvorgang in ihrer unteren Hälfte fest mit der Ele ktrodenmasse verbunden
und in unmittelbarer Nähe des Elektrodenfußes bis zu einer geringen Höhe,
in der der Schmelzbereich der Legierung erreicht bzw. überschritten ist, bereits
abgeschmolzen. Zwei der Kontaktstangen, nämlich 2", sind zur Aufhängung der Elektrode
herangezogen und zwischen gerillten Walzenpaaren 4° und .16 eingeklemmt. Die zusammengehörigen
V@'alzen sind durch Spannvorrichtungen 5 (Spannschrauben oder Spannfedern) mit der
erforderlichen Kraft gegen die Kontaktstangen gedrückt und in dein Spannrahmen 6
auf den durchgehenden Trägern 7 gelagert. Die Walzenpaare werden von einem Elektromotor
über Kupplung, stufenloses l@egelgetrielie, C'ntersetzungsgetriebe, z. B. Schnecke
und Schtreckenrad und Zahnräder (alle diese Teile sind in der Zeichnung nicht dargestellt,
um die Übersichtlichkeit
nicht zu stören) angetrieben; damit ist
ein stufenloses Absenken mit gewünschter Geschwindigkeit gewährleistet. Das stufenlose
Regelgetriebe gestattet es auch, während des Betriebes die Absenkgeschwindigkeit
der Elektrode den jeweiligen Erfordernissen anzupassen. Selbstverständlich kann
das Getriebe auch zum Anheben der Elektrode umgeschaltet werden, falls dieses einmal
notwendig sein sollte. 8 stellt den Elektrodenmantel dar, der die äußere Form 'bestimmt
und die Elektrode gegen Luftzutritt abdeckt. Die Kontaktstangen werden im Lauf des
Betriebes entsprechend dem Abbrand der Elektrode von Zeit zu Zeit an ihrem oberen
Ende angestückelt, und zwar so, daß ein einwandfreier Stromübergang an der Verbindungsstelle
ohne wesentliche Querschnittsänderung gewährleistet ist.
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In den Abb. 3 und 4 ist eine Elektrode io dargestellt, bei der die
Kontaktstangen i i über Klemmschuhe 12 und Kabel an die Stromschienen (nicht gezeichnet)
angeschlossen sind und lediglich der Stromzuführung dienen. Die Stangen können z.
B. bei der Aluminiumelektrolyse aus Aluminium bestehen und gegossen, gepreßt oder
gewalzt sein. Die Elektrode wird an zwei gegenüberliegenden Elektrodenseiten durch
Gliederketten 13 gehalten, die von Hand oder von einem Elektromotor über Kupplung,
stufenloses Regelgetriebe, Untersetzungsgetriebe (alle diese Teile nicht gezeichnet)
und Stirn- und Kegelräder 14 über die obere Umlenkrolle 15° angetrieben werden.
Dadurch ist ein stufenloses Absenken und gegebenenfalls auch Anheben der Elektrode
ermöglicht. Die Kettenglieder sind an ihrerder Elektrodenmasse zugekehrten Seite
mit Vorsprüngen 16 versehen und tragen in dem durch die Erwärmung gebackenen unteren
Elektrodenteile die Elektrode. Die Bemessung der Glieder richtet sich in erster
Linie nach dem Gewicht der Anode und der Zusammensetzung der Masse. Die Kettenglieder
und die übrigen beweglichen Teile der Kette werden aus einem Werkstoff hergestellt,
der von den mit ihnen in Berührung kommenden Stoffen und Gasen möglichst wenig angegriffen
wird. Die Kettenglieder, die zweckmäßig an ihren Rücken oben und unten abgerundet
sind, laufen in Führungen 17. Diese bilden zusammen mit den die Zwischenräume zwischen
den Gliederketten abdeckenden Verkleidungen den feststehenden Elektrodenmantel 18,
der die äußere Form der Elektrode bestimmt und die Elektrodenmasse gegen Luftzutritt
abdeckt. Die Führungen 17 sind in ihrem unteren Teil i9 so gestaltet, daß die Kettenglieder
sich zwangsläufig von der Elektrodenmasse abheben, ohne sie zu beschädigen. An den
unteren Teil des. Elektrodenmantels oder an der. unteren nichtangetriebenen Umlenkrolle
i 5° können Schutzvorrichtungen 2o angebracht werden, die vor allem die Gliederketten
gegen Wärmestrahlung und den Angriff durch den Elektrolyten oder die entstehenden
Gase schützen.
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Um ein einseitiges Anstellen oder Abfahren der Anode zu ermöglichen,
können die Gliederketten einzeln in besonderen Nachstellvorrichtungen gelagert sein
und einzeln mit besonderen Antrieben versehen werden. Selbstverständlich lassen
sich die Gliederketten auch bei Elektroden mit rundem Querschnitt verwenden.
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Es ist auch möglich, die Gliederketten durch andere endlose Fördermittel,
z. 13. Förderbänder aus Stahl mit angenieteten oder angeschweißten Leisten odergeriffelteodergewellte
Stahlbänder, zu ersetzen.
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In Abb. 5 ist schließlich beispielsweise ein Elektrodenquerschnitt
dargestellt, bei dem außer den Kontaktstangen 21 als weiterer Kontaktkörper ein
Gitterwerk 22 in einigem Abstand vom Elektrodenrand angeordnet ist. Das Gitterwerk
besteht, wie auch Abb. 6 zeigt, aus senkrecht von oben in 'die Elektrode hineinragenden
Stäben 23, die nach den Ecken etwas geringeren Abstand und an den Ecken selbst einen
etwas größeren Querschnitt aufweisen als in der Mitte der Querschnittsseiten. In
waagerechter Richtung sind die Stäbe 23 mit Streifen 24 durch Anschweißen oder ähnliches
untereinander verbunden. Durch die Anordnung eines solchen Gitterwerkes wird die
Elektrode noch besser zusammengehalten und eine gute Stromverteilung auch am Rand
der Elektrode erreicht.
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Es ist auch möglich, die in der Ausführungsform beispielsweise vorgesehenen
Kontaktstangen in der Mitte des Elektrodenquerschnittes in gleicher Weise durch
etin Gitterwerk zu ersetzen und so bei geringstem Werkstoffaufwand eine noch bessere
Stromverteilung zu erzielen und darüber hinaus noch, ähnlich wie beim Eisenbeton,
die Festigkeit der Elektrode zu steigern.
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Bei allen Elektroden, bei dienen ein Flecht- oder Gitterwerk als Kontaktkörper
verwendet wird, ist es zNveckmäß,ig, die Elektrode in gesonderten, ein stufenloses
Absenken ermöglichenden Aufhängevorrichtungen aufzuhängen.