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Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromzuführung zur Anordenschicht für nach dem DreischichtverfahrenarbeitendeAluminium- raffinationsöfen.
BeiderAluminiumraffinationdurchSchmelzfluss-Elektrolyse macht man Gebrauch von einer löslichen Anode, die aus einer geschmolzene LegierungvonAluminiummiteinemSchwermetall besteht, das der Legierung eine entspre- chende Dichte verleihen s l, damit sie sich
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vermischt,mittels Metallschienen zugeleitet, die an der Aussenwand des Ofen verlaufen.
Bei Stromdurchgang führen derartige Zellenböden zu einem Spannungsabfall, der im folgenden als #Abfall der Anordenspannung" bezeich- net wird.
In einer elektrolytischen Zelle von 18000 A tritt gewöhnlich ein Abfall dssr Anodenspan- nung von 0,5 V auf, was einem Energieverlust von9kW/Sekundeentspricht.
Ein Teil dieses Verlustes trägt zur AufrechterhaltungderTemperaturimInnernderZelle bei und wird insofern in form von, Wärme ausgenutzt, der Rest bedeutet jedoçh einen Energieverlust, der möglichst vermieden werden soll.
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nicht gestört wird.
Zur Aufrechterhaltung bzw. Wiederherstellung des thermischen Gleichgewichtes der Elektrolysezelle bei Verringerung des Abfalls der Anodenspannung verfügt man über fQl- gende Mittel :
1. Man kann die Zelle stärker gegen Wärmeverluste isolieren und auf diese Weise die Verluste einschränken.
2. Man kann den normalen Arbeitsstrom erhöhen, wodurch die Ausbringung vergrössert und gleichzeitig der Energieverbrauch verringertwerdenkann.
3. Lässt sich weder die Wärmeisolierung ver- bessere. noch der Betriebsstrom steigern, so ist es doch in jedem Fall möglich, die Höhe der Elektrolytschicht zu vergössern, so dgss in dem Bad auf Grund des Joule-Effektes mehr Wärme entwickelt wird.
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dieseEine Einschränkung des Abfalls der Anodenspannung ist demnach in jedem Fall von Vorteil.
Bei der üblichen Herstellung der BSden f r die Zellen zur Aluminiumraffination scheint es anderseits so gut wie unmöglich, eine einwandfreie mechanische Verbindung zwischen den wärmeisolierenden Innenwänden und dem Kohleboden zu erreichen, da der Ausdehhnungs- koeffizient der Kohle wesentlich verschieden von demjenigen der für die Wände verwen- deten Isolierstoffe ist. Dies führt dazu ;, dass Anodenlegierung in den Xellenboden ein- dringt, wodurch die mechanische Widerstandskraft und die Wärmeisolierfähigkeit des Bodens herabgesetzt wird.
Die Erfindung hilft diese Schwierigkeiten umgehen und ermöglicht es insbesondere, der AnodenlegierungeinerRaffinationszelleunter
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Der Strom wird der Anodenlegierung unmittelbar durch Stäbe oder Schienen aus leitendem
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zugeführt, di'9 waagrecht, senkrecht oderMetall wählen, das sich bei der normalen Arbeitstemperatur der Elektrolysezellen nicht oder doch nur wenig in der Legierung löst.
Dies kann mit Hilfe von Eisenlegierungen erreicht werden. Bekanntlich weist die Anodenlegierung der derzeitigen elektrolytischen Raffinationszellen eine Eisenkonzentration auf, die praktisch einer Sättigung an dieser Komponente gleichkommt. Das Eisen wird in der Regel in Form von eisenreichen Kristallen im Sumpf der Anodenabscheidungen ausgeschieden, was dazu führt, dass die Fähigkeit der Anodenlegierung, Eisen aufzulösen, stark herabgesetzt wird.
Es lassen sich im übrigen Spezialsorten von Gusseisen oder nichtrostendem Stahl finden, die noch geeigneter sind als gewöhnliches Eisen, jedoch führten auch Schienen aus gewöhnlichem Stahl zu durchaus befriedigenden Ergebnissen. Nach einer gewissen Auflösung am Ende derartiger Schienen stellt sich eine Gleichgewichtszone zwischen der Anodenlegierung als flüssiger Phase und der festen Stahlphase ein, die auch bestehen bleibt, ohne dass sich verfestigte Legierung an der Berührungsstelle dazwischenschiebt.
Es ist schon vorgeschlagen worden, den elektrischen Strom von der metallischen Zuleitung unmittelbar zur Anodenschichte zu führen. Jedoch wird bei diesen bekannten Anordnungen der positive Leiter mit der erstarrten Anodenlegierung in Kontakt gebracht, wofür ein verhältnismässig langer Einführungskanal vorgesehen ist, in dem ein allmählicher übergang von flüssigem zu festem Anodenmetall eintritt.
Dies hat jedoch grosse Nachteile, da der stabile Gang der Zelle durch in diesem Kanal auftretende elektromagnetische Effekte gestört wird.
Erfindungsgemäss werden diese Nachteile dadurch überwunden, dass die Stromschiene aus Eisen oder einer Stahllegierung besteht, mit einer Stromdichte am Schienenende von 20 bis 40 A/cm2 beschickt ist und direkt in die flüssige Anodenlegierung eintaucht.
Die Zeichnung, aus der eine beispielsweise Ausführungsform der Anodenanordnung hervorgeht, stellt einen Schnitt durch die Raffinationszelle dar.
Dabei bedeuten : 1 den die Raffinationszelle umgebenden Metallmantel ; 2 die wärmeisolierende Auskleidung an den Wänden und dem Boden der Elektrolysezelle ; 3 die Schiene aus Metall, z. B. Stahl, durch die der Strom in die Anodenlegierungsschicht 4 eintritt ; 5 die über der Anodenlegierung gelegene Elektrolytschicht ; 6 die darüber lagernde Schicht aus raffiniertem Aluminium, welche die Kathode der Zelle darstellt.
Die Wahl der Stromdichte in den Stäben bzw. Schienen wird weitgehend durch das gewünschte Ergebnis beeinflusst :
Eine schwache Stromdichte bedingt einen grossen Schienenquerschnitt und führt daher zu grossen Wärmeverlusten an der Verbindungs- stelle.
Eine höhere Stromdichte drückt sich aus in einem stärkeren Spannungsabfall und einer Turbulenz elektromagnetischer Herkunft in der geschmolzenen Legierung, wo diese an das Stabende angrenzt. Dies begünstigt die Auflösung der Schienenenden.
Es wurden zufriedenstellende Ergebnisse erreicht bei einer Stromdichte zwischen 20 und 40 A/cm2 im Eisen. Die Lage der Berührungszone 7, welche die geschmolzene Legierung von dem Anschlussstück trennt, kann'gegebenenfalls beeinflusst werden, indem man eine Kühleinrichtung mit regelbarem Zufluss an Kühlmittel längs der Anschlussschiene, und zwar an deren ausserhalb der elektrolytischen Zelle liegenden Teil, anordnet, wo dies keine Gefahr bedeutet.
Diese Anordnung erlaubt eine leichte Temperaturregelung in den Elektrolysezellen, die rasch anspricht, da sie es ermöglicht, beinahe augenblicklich die Temperatur der Anodenlegierung herabzusetzen, ohne dass die im allgemeinen sehr erhebliche thermische Trägheit der Elektrolysezelle zur Auswirkung kommt, was die beabsichtigte Herabsetzung der Temperatur verzögern würde.
Diese beschriebene Anordnung kommt insbesondere in Frage, wenn die Anodenlegierung einen wesentlichen Anteil an Zink enthält, einem Metall, das bekanntlich leicht zu einer Verunreinigung des raffinierten Aluminiums führt, da sein Dampfdruck rasch ansteigt, wenn die Temperatur über 7500 C hinausgeht.
Bei Elektrolysezellen zur Aluminiumraffination, die mit der oben beschriebenen Zuführung für den Anodenstrom ausgerüstet sind, kann man gegebenenfalls noch zusätzlich einen Boden aus kohlehaltigeni Material beibehalten, falls dies zur leichteren Ingangsetzung für nötig gehalten wird. In diesem Fall lässt man zweckmässigerweise den Kohleboden parallel mit dem Anschluss nach der Erfindung arbeiten, was den Spannungsabfall an der Anode noch weiter verringert.
Eine Notwendigkeit zur Anordnung eines solchen zusätzlichen Kohlebodens besteht jedoch nicht, da, falls beim Ingangbringen der Zelle zuerst die Anodenlegierung eingegossen wird, der Anodenanschluss nach der Erfindung sofort in Funktion tritt und von Anfang an das Fliessen des Stromes sicherstellt.
Erfindungsgemäss können demnach an der Elektrolysezelle alle aus Kohle bestehenden oder diese enthaltenden Teile vermieden und die Innenauskleidung der Wanne homogen ausgestaltet werden, wozu man geeignete Isolierstoffe, wie Magnesiasteine, verwenden kann.
Die Anordnung ist besonders robust, und ein Undichtwerden der Wanne ist viel weniger zu befürchten als bisher.
Bei s pie 1 : In eine Zelle zur Aluminiumraffination mit einer Stromstärke von 18000 A
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bestand, in denen die Stromdichte 30 A {cm2 erreichte. Die Stäbe wurden durch langsames Berieseln ihrer Enden 8 mit Wasser gekühlt.
Auf diese Weise wurde der Spannungsabfall zwischen der Anodenlegierung und den Enden der Eisenstäbe ausserhalb der Raffinationszelle auf 0, 19 V herabgesetzt, und die Berührungszone 7 wurde vollkommen stabil gehalten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Stromzuführung zur Anodenschicht für nach dem Dreischichtenverfahren arbeitende Aluminiumraffinationsöfen, bei welchen sich das als unterste Schicht vorhandene Anodenmetall in einem seitlich angeordneten Kanal mit der metallischen Stromschiene berührt, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene aus Eisen oder einer Stahllegierung besteht, mit einer Stromdichte am Schienenende von 20 bis 40 A/cm2 beschickt ist und direkt in die flüssige Anodenlegierung eintaucht.