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Zelle für die elektrolytische Raffination von Aluminium nach dem Dreischichtenverfahren
Es ist bekannt, dass man in der Dreischichtenelektrolyse aus Hüttenaluminium oder Aluminiumschrott Reinstaluminium herstellen kann,
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haltenen Verunreinigungen sind z. B. folgende :
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<tb>
<tb> Fe <SEP> 0, <SEP> 0005 <SEP> bis <SEP> 0, <SEP> 002 /o <SEP>
<tb> Si <SEP> 0, <SEP> 002 <SEP> JI <SEP> 0, <SEP> 0050/0 <SEP>
<tb> Cu <SEP> 0, <SEP> 0005"0, <SEP> 0020/o <SEP>
<tb> Zn <SEP> 0, <SEP> 0005 <SEP> 0, <SEP> 002 < '/o <SEP>
<tb> Ti <SEP> 0, <SEP> 0001 <SEP> 11 <SEP> 0, <SEP> 0030/0 <SEP>
<tb> Mg <SEP> und <SEP> andere
<tb> Elemente <SEP> : <SEP> Spuren
<tb> Al <SEP> : <SEP> Rest.
<tb>
Als Reinstaluminium wird normalerweise ein
Metall bezeichnet, bei dem die Verunreinigun- gen an Fe, Si, Cu, Zn und Ti insgesamt höch- stens 0, 010/0 und die Verunreinigungen an Fe und Si höchstens 0, 0050/0 betragen, das also
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aufweist. Ein solches Reinstaluminium kommt z. B. unter der Handelsbezeichnung Raffinal" in den Handel.
Die bisher in der Industrie üblichen Raffina- tionszellen werden mit Stromstärken zwischen etwa 8000 und 20 000 A betrieben, in wenigen
Fällen mit höheren Stromstärken, z. B. 40 000 A.
Die Zellen bestehen normalerweise aus Ofenwannen, die aus Magnesitsteinen aufgemauert werden und deren Böden mit Kohlen ausgelegt sind, die der anodischen Stromzuführung dienen.
Als Anode dient eine schmelzflüssige Aluminiumlegierung mit einem Cu-Gehalt von etwa 25 bis 350/0. Auf dieser schmelzflüssigen Legierung schwimmt der Elektrolyt, der entweder aus reinen Fluoriden oder einem Gemisch von Fluoriden und Chloriden der Erdalkali- und Alkalimetalle zusammengesetzt ist. Das bei Stromdurchgang in der Zelle abgeschiedene Aluminium scheidet sich an der als obere schmelzflüssige Schicht auf dem Elektrolyt schwimmende Kathode ab. Als kathodische Stromleiter werden normalerweise Graphitelektroden benützt, die man in das flüssige Kathodenmetall eintauchen lässt.
Die als kathodische Stromableiter verwendeten Graphitelektroden weisen häufig zylindri- schen, manchmal auch quadratischen Quer schnitt auf. Eine 9000 A-Zelle ist z. B. mi 6 Elektroden von 200 mm Durchmesser, ein !
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quadratischem Querschnittes von je 300 X
300 mm ausgerüstet.
Es ist bekannt, dass man mit vorgereinigten
Elektrolyt arbeiten muss, wenn man ein Reinst aluminium möglichst hohen Aluminiumgehalte, erhalten will. Die Vorreinigung erfolgt im all- gemeinen dadurch, dass die Elektrolytbestand teile in Pulverform, so wie sie bezogen werden. zunächst miteinander vermischt werden ; so. dann wird diese Mischung in einer Vorreini- gungszelle eingeschmolzen und hier der Elektro- lyse nach dem Dreischichtenverfahren unter- worfen. In dieser Vorreinigungszelle gewinnt man die vorgereinigte Schmelze, die daraufhin der Zelle, in der das hochreine Metall erzeugt werden soll, zugegeben wird.
Man kann die
Schmelze auch doppelt, wenn nötig auch drei- fach vorreinigen, u. zw. dadurch, dass man die
Elektrolytbestandteile zunächst in einer Zelle einschmilzt, die gewonnene Schmelze einer zweiten, darauf gegebenenfalls noch einer dritten Raffinationszelle zugibt, um sie erst aus dieser in die Zelle einzubringen, in der man das hochreine Metall gewinnen will.
Durch diese Vorreinigung erfolgt im allgemeinen eine erhebliche Verminderung der Menge der in den Fluoriden und Chloriden enthaltenen Verunreinigungen, die z. B. aus Kieselsäure und Eisenoxyd bestehen. Analysen eines vorgereinigten Elektrolyts, der aus reinen Fluoriden bestand, ergaben z. B. einen Spi02- Gehalt von nur 0, 02 und einen FeO-GehaIt von nur 0, 030/0.
Es ist ferner bekannt, dass man die Raffinationszellen zwecks Erzielung eines höchstreinen Aluminiums vorteilhafterweise mit hohem Elektrolytstand arbeiten lässt, d. h. man betreibt die Zellen unter Einhaltung einer möglichst grossen Höhe der Elektrolytschicht und geht dabei auf Elektrolytschichtstärken von 12 cm und darüber. Dank der hohen Elektrolytschicht wird eine Vermischung des Kathodenmetalls mit Anodenmetall, die leicht bei Bewegungen und
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Strömungsvorgängen im Anodenmetall und im Elektrolyt vorkommen kann, so weit wie möglich verhindert.
Die Einhaltung einer hohen Elektrolytschicht und damit auch eines grossen Elektrolytvolumens neben der Einhaltung einer hohen Kathodenmetallschicht in der Raffinationszelle bildet auch aus einem anderen Grunde eine der hauptsächlichsten Voraussetzungen zur Erzielung von höchstreinem Aluminium. Bei Arbeiten an der Zelle, bei denen die wärmeisolierenden Deckel entfernt werden müssen, z. B. beim Schöpfen des Kathodenmetalles oder auch beim Auswechseln von Elektroden, treten verhältnismässig starke Wärmeverluste durch Konvektion und Strahlung auf, die zu erheblichen Temperatursenkungen im Zelleninnern führen können. Derartige Temperatursenkungen, besonders wenn dabei der Liquiduspunkt des Elektrolyten erreicht wird, begünstigen die Bildung von Krusten, die aus der Elektrolytschmelze ins Metall gelangen und dort zu Verunreinigungen führen können.
Es kommt hinzu, dass bei zunehmender Krustenbildung die
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einbringung von frischem Elektrolyten ersetzt werden muss. Mit dem frischen Elektrolyten gelangen wieder neue Verunreinigungen ins Bad und damit auch durch die Elektrolyse ins Kathodenmetall. Ein grosses Elektrolytvolumen bildet auch aus diesem Grunde eine der hauptsächlichen Voraussetzungen zur Erzielung eines Reinstaluminiums mit möglichst hohem Alu- miniumgehalt.
Aus diesem Grunde sind Raffinationszellen, die mit hohen Stromstärken betrieben werden, günstiger als Zellen, die mit niedrigeren Stromstärken arbeiten, denn bei ersteren ist bei gleicher Elektrolytschichthöhe die hauptsächlich der Abkühlung ausgesetzte Oberfläche des Elektrolyten im Verhältnis zum Elektrolytvolumen geringer als bei kleineren Zellen. Es ist daher in Raffinationszellen, die mit Stromstärken von 30. 000 oder 40. 000 A betrieben werden, eher möglich, ein Reinstaluminium mit höchstem Aluminiumgehalt zu erzeugen, als in solchen, die beispielsweise nur mit 9000 A arbeiten.
In der Dreischichtenelektrolyse ist die Einhaltung folgender weiterer Bedingungen zur Erzielung höchstreinen Aluminiums erforderlich :
Das Zusatzmetall, das dem Anodenmetall zugegeben wird, soll bereits einen Reingehalt von
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00letät zu verwenden, deren Aschegehalt möglichst unter 0,2% liegen soll.
Alle Werkzeuge, die für die Arbeiten an der Zelle benützt werden, z. B. Messstäbe, Werk- rouge für das Abschäumen, Schöpflöffel u. dgl. sollen aus höchstreinem Graphit bestehen.
Wenn alle oben genannten Bedingungen erfüllt werden, gelingt es bei sorgfältigster Arbeitsweise, Reinstaluminium mit maximal etwa 99, 99750/0 zu erzeugen.
Ein derartig hochreines Aluminium fällt z. B. in folgender Zusammensetzung an :
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<tb>
<tb> Fe <SEP> 0, <SEP> 00050/o, <SEP>
<tb> Si <SEP> 0, <SEP> 001 <SEP> /o, <SEP>
<tb> Cu <SEP> 0, <SEP> 0005'vu. <SEP>
<tb>
Übrige Verunreinigungen, wie Zn und Ti, zusammen 0, 00050/0.
Für bestimmte Verwendungszwecke besteht nun Interesse für Aluminium einer Reinheit, die noch über derjenigen liegt, die man bisher in der Dreischichtenelektrolyse erreicht hat, oder für ein Aluminium, dessen Gehalt an bestimmten Verunreinigungen noch geringer ist als bisher.
In systematischer Entwicklungsarbeit ist es nun nach Durchführung einer grossen Reihe von Untersuchungen gelungen, eine Zelle zu bauen, mit der es gelingt, ein Reinstaluminium in der Dreischichtenelektrolyse zu erzeugen, dessen
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nommen ist, dass ausser den eingangs aufgezähten Fremdelementen nur noch vernachlässigbare Spuren anderer Elemente vorhanden sind.
Im Verlauf der Untersuchungen wurde die überraschende Feststellung gemacht, dass das Problem der Reduktion der letzten Verunreinigungen im Reinstaluminium auf ein Mindestmass eng mit der Verteilung des Stromes im Bad zusammenhängt. Es wurde gefunden, dass der Anstieg der Verunreinigungen im Kathodenmetall auf Änderungen der Stromverteilung in der Zelle, z. B. durch Bildung von Ansätzen, Krusten an der Ofeninnenwand, Bildung von Ansätzen an den Elektroden, wie auch auf den Elektrodenwechsel selbst, zurückzuführen sind.
In der Zelle steigen immer infolge von Bewegungen des Elektrolyts Spuren von Elektrolyt auf, die sich u. a. an den Graphitelektroden festsetzen. So wurde festgestellt, dass z.
B. in einer Raffinationszelle von 18. 000 A, die mit 10 Elektroden ausgerüstet war, die Verunreinigungen im Kathodenmetall anstiegen, wenn sich an 2 oder 3 Elektroden Elektrolytschmelze festgesetzt hatte, und dadurch der Stromdurchgang durch diese Elektroden behindert war. Da es sich bei den Verunreinigungen, die zugenommen hatten, u. a. auch um Kupfer und Zink handelte, war erwiesen, dass durch den vorerwähnten Ausfall einiger Elektroden Spuren von Anodenmetall ins Kathodenmetall gelangt waren.
Dieselben Beobachtungen konnten z. B. bei einer 9000 A-Raffinationszelle, die mit 6 Elektroden von je 200mm Durchmesser ausgerüstet
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Zeit entfernt, so stieg auchSinne einer Zusammendrängung des Stromes in der Zone unter den in der Zelle verbliebenen
Elektroden stattfindet. Die höchste brauchbare Zahl von Elektroden beträgt etwa 30.
In den bekannten Raffinationszellen sind diese Bedingungen nicht erfüllt. In den oben erwähnten Zellen von 9000 und 20. 000 A beträgt der Gesamtquerschnitt der Elektroden 9, 50/0 bzw. 80/0 des Badquerschnittes, aber in jedem Fall ist die Anzahl der Elektroden ungenügend.
Es sind uns auch moderne 30. 000 A-Zellen bekannt, die mit 10 Elektroden quadratischen Querschnittes von je 230 X 230 mm ausgerüstet sind. Diese Zellen haben einen Badquerschnitt
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schnittes. In allen diesen Zellen ist es unmög- lich, Reinstaluminium mit einem Reinheitsgrad von 99, 999elm zu erzeugen.
In einer Raffinationszelle, deren kathodische
Stromableitungen die erfindungsgemässen Be- dingungen erfüllen, entstehen praktisch keine zeitlichen und örtlichen Änderungen der Strom- verteilung, die ein Ansteigen der Verunreini- gungen im Kathodenmetall verursachen würden.
In der erfindungsgemässen Zelle gelingt es,
Reinstaluminium zu erzeugen, dessen Rein- gehalt noch über dem höchsten Aluminium- gehalt liegt, der bisher normalerweise in der
Dreischichtenelektrolyse gewonnen worden ist.
In einer 40. 000 A-Raffinationszelle, deren Badquerschnitt 140. 000 cm2 beträgt und die mit 14 Graphitelektroden eines Durchmessers von
300 mm ausgerüstet ist, die mit einem Gesamtquerschnitt von 9890 cm2 ungefähr 70/0 des Badquerschnittes einnehmen, kann im Dauerbetrieb Reinstaluminium mit einem Aluminiumgehalt von mindestens 99, 9980'/0 erzeugt werden. Beim Auswechseln einer Elektrode in dieser Zelle wird der gesamte Elektrodenquerschnitt kurzzeitig um nur 7, 150/0 verringert. Diese unbeträchtliche Verringerung des Elektrodenquerschnittes wirkt sich auf die Stromverteilung offenbar nicht ungünstig aus, und es tritt daher keine Verunreinigung des Kathodenmetalles durch Elektrodenwechsel ein.
Diese Verhältnisse kommen selbstverständlich auch im Falle von Raffinationszellen höherer Stromstärke in Frage, z. B. von 60. 000 A und sogar bis etwa 100. 000 A.
Auch alle anderen Arbeiten, die gewöhnlich an den Graphitelektroden einer Raffinationzelle vorgenommen werden, wie Reinigungsund Einregulierungsarbeiten, stören praktisch nicht hinsichtlich der Reinheit des Metalles.
Wenn sich z. B. an einer Elektrode Elektrolytkrusten angesetzt haben, so wird die Elektrode üblicherweise aus der Zelle herausgenommen, gereinigt und wieder eingesetzt. Wenn es sich um mehrere Elektroden handelt, wie z. B. bei Einregulieren der Elektroden, geht man bei derartigen Arbeiten stets so vor, dass eine Elek-
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trode nach der anderen in Behandlung genommen wird. Bei der Grösse und Unterteilung des gesamten Elektrodenquerschnittes gemäss unserer Erfindung bewirken auch diese Arbeiten keine die Qualität beeinflussende Störung der Stromverteilung in der Zelle, ebensowenig wie die Auswechslung von Elektroden nach deren Abnutzung.
Dagegen beträgt z. B. in einer 9000 A-Zelle, die mit 6 Graphitelektroden ausgerüstet ist, die Verringerung des Elektrodenquerschnittes beim Herausnehmen einer Elektrode 16, 5%. Bei dieser Verminderung des Elektrodenquerschnittes tritt bereits eine wesentliche Änderung der Stromlinienverteilung in der Zelle auf und damit können Wallungen des Anodenmetalles und Strömungen im Elektrolyten erregt werden, durch die das Kathodenmetall verunreinigt wird.
Voraussetzung für die Erzielung höchstreinen Aluminiums bleibt nach wie vor die Durchführung einer zur Gewinnung von Reinstaluminium mit bisher erreichten Aluminiumgehalten geeigneten Betriebsweise, nämlich das Arbeiten mit vorgereinigtem Elektrolyten, die Einhaltung einer hohen Kathodenmetallschicht, einer hohen Elektrolytschicht und eines grossen Elektrolytvolumens, die Verwendung von Aluminium eines Reinheitsgrades von mindestens 99, 0%. als Zusatzmetall für die Anodenlegierung und von Graphit höchsten Reingehaltes für die Graphitelektroden. Schliesslich ist auch Vorbedingung für die Erzielung des hohen Rein- gehaltes die Verwendung einer möglichst grossen
Raffinationszelle, d. h. einer Zelle, deren Strom- stärke mindestens 18. 000 A beträgt.
Die Höhe der Kathodenmetallschicht sollte allerdings nor- malerweise etwa 30 cm nicht übersteigen.
Die erfindungsgemässe Zelle dient dazu, unter den vorerwähnten Voraussetzungen den Reingehalt des erzielten Reinstaluminiums auf über 999975%, nämlich auf mindestens 99,998lo und im Durchschnitt auf 99, 999% zu steigern.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Zelle für die elektrolytische Raffination von Aluminium nach dem Dreischichtenverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Querschnitte sämtlicher als Kathodenableitungen dienender Graphitelektroden mindestens 7% und höchstens 40% des Badquerschnittes beträgt, die Kathodenmetallschicht mindestens 10 cm hoch ist und die Zahl der Graphitelektroden mindestens 12 und höchstens 30 beträgt.
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Cell for the electrolytic refining of aluminum using the three-layer process
It is known that pure aluminum can be produced from primary aluminum or aluminum scrap in three-layer electrolysis,
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retained impurities are z. B. the following:
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<tb>
<tb> Fe <SEP> 0, <SEP> 0005 <SEP> to <SEP> 0, <SEP> 002 / o <SEP>
<tb> Si <SEP> 0, <SEP> 002 <SEP> JI <SEP> 0, <SEP> 0050/0 <SEP>
<tb> Cu <SEP> 0, <SEP> 0005 "0, <SEP> 0020 / o <SEP>
<tb> Zn <SEP> 0, <SEP> 0005 <SEP> 0, <SEP> 002 <'/ o <SEP>
<tb> Ti <SEP> 0, <SEP> 0001 <SEP> 11 <SEP> 0, <SEP> 0030/0 <SEP>
<tb> Mg <SEP> and <SEP> others
<tb> elements <SEP>: <SEP> tracks
<tb> Al <SEP>: <SEP> rest.
<tb>
Pure aluminum is normally used as a
Metal in which the impurities of Fe, Si, Cu, Zn and Ti total at most 0.010/0 and the impurities of Fe and Si at most 0.0050/0, that is
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having. Such a high-purity aluminum comes z. B. under the trade name Raffinal "in the trade.
The refining cells that have hitherto been used in industry are operated with currents between around 8,000 and 20,000 A, in a few
Cases with higher currents, e.g. B. 40,000 A.
The cells usually consist of furnace tubs that are built up from magnesite bricks and the floors of which are lined with coals, which are used for anodic power supply.
A molten aluminum alloy with a Cu content of about 25 to 350/0 serves as the anode. The electrolyte floats on this molten alloy and is composed of either pure fluorides or a mixture of fluorides and chlorides of the alkaline earth and alkali metals. The aluminum deposited in the cell when the current passes through is deposited on the cathode, which is the upper molten layer on the electrolyte. Graphite electrodes, which are immersed in the liquid cathode metal, are normally used as cathodic current conductors.
The graphite electrodes used as cathodic current collectors often have a cylindrical, sometimes also a square cross-section. A 9000 A cell is e.g. B. with 6 electrodes of 200 mm diameter, a!
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square cross-section of 300 X each
300 mm equipped.
It is known that one can use pre-cleaned
Electrolyte has to work if you want to get an aluminum content with the highest possible aluminum content. Pre-cleaning is generally carried out in that the electrolyte components are in powder form, as they are obtained. are first mixed together; so. then this mixture is melted down in a pre-cleaning cell and subjected to electrolysis according to the three-layer process. The pre-cleaned melt is obtained in this pre-cleaning cell, which is then added to the cell in which the high-purity metal is to be produced.
You can
Pre-clean the melt twice, if necessary also three times, and between the fact that one
Electrolyte constituents are first melted in a cell, and the resulting melt is added to a second refining cell, then possibly a third refining cell, in order to bring them into the cell in which the high-purity metal is to be extracted.
This pre-cleaning generally results in a considerable reduction in the amount of impurities contained in the fluorides and chlorides which, for. B. consist of silica and iron oxide. Analyzes of a pre-cleaned electrolyte, which consisted of pure fluorides, showed z. B. a Spi02 content of only 0.02 and an FeO content of only 0.030/0.
It is also known that the refining cells are advantageously made to operate with a high electrolyte level in order to obtain ultra-pure aluminum. H. the cells are operated while maintaining the highest possible height of the electrolyte layer and using an electrolyte layer thickness of 12 cm and more. Thanks to the high electrolyte layer, the cathode metal is mixed with the anode metal, which is easy with movements and
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Flow processes in the anode metal and in the electrolyte can be prevented as far as possible.
The maintenance of a high electrolyte layer and thus also a large electrolyte volume in addition to the maintenance of a high cathode metal layer in the refining cell is one of the main requirements for achieving ultra-pure aluminum for another reason. When working on the cell where the heat-insulating cover must be removed, e.g. B. when scooping the cathode metal or when changing electrodes, there are relatively strong heat losses due to convection and radiation, which can lead to significant temperature reductions inside the cell. Such temperature reductions, especially when the liquidus point of the electrolyte is reached, favor the formation of crusts, which get from the electrolyte melt into the metal and lead to contamination there.
In addition, with increasing crust formation, the
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introduction of fresh electrolyte must be replaced. With the fresh electrolyte, new impurities get into the bath and thus also into the cathode metal through electrolysis. For this reason, too, a large electrolyte volume forms one of the main prerequisites for achieving high-purity aluminum with the highest possible aluminum content.
For this reason, refining cells that are operated with high currents are cheaper than cells that operate with lower currents, because with the former, the surface of the electrolyte, which is mainly exposed to cooling, is smaller in relation to the electrolyte volume than with smaller cells with the same electrolyte layer height. It is therefore more likely in refining cells that are operated with currents of 30,000 or 40,000 A to produce pure aluminum with the highest aluminum content than in those that only work with 9000 A, for example.
In three-layer electrolysis, the following additional conditions must be met in order to achieve ultra-pure aluminum:
The additional metal that is added to the anode metal should already have a purity of
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00letät, the ash content of which should be less than 0.2% if possible.
All tools that are used to work on the cell, e.g. B. measuring sticks, rouge for skimming, ladles, etc. Like. Should consist of the highest purity graphite.
If all of the above conditions are met, it is possible to produce pure aluminum with a maximum of about 99.99750/0 with the most careful working methods.
Such a high purity aluminum falls z. B. in the following composition:
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<tb>
<tb> Fe <SEP> 0, <SEP> 00050 / o, <SEP>
<tb> Si <SEP> 0, <SEP> 001 <SEP> / o, <SEP>
<tb> Cu <SEP> 0, <SEP> 0005'vu. <SEP>
<tb>
Remaining impurities, such as Zn and Ti, together 0, 00050/0.
For certain purposes, there is now interest in aluminum of a purity which is still above that which has been achieved so far in three-layer electrolysis, or in an aluminum whose content of certain impurities is even lower than before.
In systematic development work, after carrying out a large series of investigations, it has now been possible to build a cell with which it is possible to produce a high-purity aluminum in three-layer electrolysis, its
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it is assumed that apart from the foreign elements listed at the beginning, only negligible traces of other elements are present.
In the course of the investigations, the surprising finding was made that the problem of reducing the last impurities in the ultra-pure aluminum to a minimum is closely related to the distribution of the current in the bathroom. It has been found that the increase in impurities in the cathode metal is due to changes in the current distribution in the cell, e.g. B. by the formation of approaches, crusts on the inner wall of the furnace, formation of approaches on the electrodes, as well as the electrode change itself.
In the cell, traces of electrolyte always rise as a result of movements of the electrolyte. a. on the graphite electrodes. It was found that e.g.
B. in a refining cell of 18,000 A, which was equipped with 10 electrodes, the impurities in the cathode metal increased when electrolyte melt had settled on 2 or 3 electrodes, and the passage of current through these electrodes was hindered. Since the impurities that had increased u. a. copper and zinc were also involved, it was proven that traces of anode metal had got into the cathode metal due to the aforementioned failure of some electrodes.
The same observations could e.g. B. in a 9000 A refining cell equipped with 6 electrodes, each 200mm in diameter
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Time away, the sense of constriction of the current in the zone also increased below those remaining in the cell
Electrodes takes place. The highest usable number of electrodes is about 30.
These conditions are not met in the known refining cells. In the above-mentioned cells of 9,000 and 20,000 A, the total cross-section of the electrodes is 9, 50/0 and 80/0, respectively, of the bath cross-section, but in any case the number of electrodes is insufficient.
We are also aware of modern 30,000 A cells which are equipped with 10 electrodes with a square cross section of 230 X 230 mm each. These cells have a bath cross-section
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cut. In all these cells it is impossible to produce pure aluminum with a purity of 99.999elm.
In a refining cell, its cathodic
If current discharges meet the requirements according to the invention, there are practically no temporal and spatial changes in the current distribution that would cause an increase in the impurities in the cathode metal.
In the cell according to the invention it is possible
To produce high-purity aluminum, the purity of which is still higher than the highest aluminum content that has normally been in the
Three-layer electrolysis has been obtained.
In a 40,000 A refining cell with a bath cross section of 140,000 cm2 and with 14 graphite electrodes with a diameter of
300 mm, which with a total cross-section of 9890 cm2 occupy approximately 70/0 of the bath cross-section, pure aluminum with an aluminum content of at least 99.9980% can be produced in continuous operation. When changing an electrode in this cell, the entire electrode cross-section is briefly reduced by only 7.150/0. This insignificant reduction in the electrode cross-section obviously does not have an unfavorable effect on the current distribution, and therefore there is no contamination of the cathode metal by changing electrodes.
These ratios are of course also possible in the case of refining cells with a higher current intensity, e.g. B. from 60,000 A and even up to about 100,000 A.
All other work that is usually carried out on the graphite electrodes of a refining cell, such as cleaning and adjustment work, practically does not interfere with the purity of the metal.
If z. If, for example, electrolyte crusts have attached to an electrode, the electrode is usually removed from the cell, cleaned and reinserted. If there are multiple electrodes, such as B. when adjusting the electrodes, one always proceeds with such work in such a way that an elec-
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treatment is taken one after the other. Given the size and subdivision of the entire electrode cross-section according to our invention, this work does not cause any disturbance of the current distribution in the cell that would affect the quality, just as little as the replacement of electrodes after they have been worn out.
In contrast, z. B. in a 9000 A cell, which is equipped with 6 graphite electrodes, the reduction in the electrode cross-section when removing an electrode 16.5%. With this reduction in the electrode cross-section, there is already a significant change in the streamline distribution in the cell, and this can cause surges in the anode metal and currents in the electrolyte, which contaminate the cathode metal.
The prerequisite for achieving ultra-pure aluminum remains the implementation of an operating mode suitable for the extraction of ultra-pure aluminum with previously achieved aluminum contents, namely working with pre-cleaned electrolytes, maintaining a high cathode metal layer, a high electrolyte layer and a large electrolyte volume, the use of aluminum Degree of purity of at least 99.0%. as additional metal for the anode alloy and graphite of the highest purity for the graphite electrodes. Finally, a prerequisite for achieving the high level of purity is the use of the largest possible
Refining cell, d. H. a cell with a current of at least 18,000 A.
However, the height of the cathode metal layer should normally not exceed about 30 cm.
The cell according to the invention is used, under the aforementioned conditions, to increase the purity of the pure aluminum obtained to over 999975%, namely to at least 99.998lo and on average to 99.9999%.
PATENT CLAIMS:
1. Cell for the electrolytic refining of aluminum according to the three-layer process, characterized in that the sum of the cross-sections of all graphite electrodes serving as cathode leads is at least 7% and at most 40% of the bath cross-section, the cathode metal layer is at least 10 cm high and the number of graphite electrodes is at least 12 and a maximum of 30.