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Verfahren zur Erhöhung des Wirkungsgrades eines Elektrolytbades aus geschmolzenem Salz und Vorrichtung zur Ausübung dieses
Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung des Wirkungsgrades von elektrolytischen Zellen mit einem geschmolzenen Salzbad sowie eine Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens und befasst sich insbesondere mit einer Verbesserung des für die elektrolytische Gewinnung von Aluminium bekann- ten Hall-Verfahrens.
Es ist bekannt, dass beim Hall-Verfahren ein geschmolzenes Kryolith-Aluminiumoxyd-Bad verwen- det wird, das auf einer Temperatur von ungefähr 10000C gehalten wird und durch/das bei einer Spannung von etwa 5 bis 7 V ein Gleichstrom geleitet wird. Obgleich dieses Verfahren schon viele Jahre industriell angewendet wird und geringfügige Verbesserungen erfahren hat, um einen etwas günstigeren Wirkungsgrad und eine grössere Reinheit des Produktes zu erzielen, blieb der thermodynamische und elektrochemische
Wirkungsgrad auf einem unerwünscht niedrigen Wert in der Grössenordnung von etwa 33ça, so dass die elektrische Leistung, die innerhalb des Kryolith -Aluminiumoxyd-Bades verbraucht wird, etwa dreimal so gross wie der tatsächliche elektrochemische Leistungsbedarf ist.
Bisher war man offenbar der Meinung, dass es nicht möglich wäre, das Verfahren in dieser Beziehung weiterhin zu verbessern ; diese Meinung beruhte aber auf der mangelnden Erkenntnis der dem Verfahren zugrunde liegenden Vorgänge.
Die bisherigen Bemühungen der Industrie konzentrierten sich auf eine günstige Wahl der Elektroden- abstände, der Elektrodenformen, des Elektrodenmaterials und der elektrischen Speisung der Zellen. Bei der Bemessung der Zellen wurde aber allgemein ein thermodynamischer Wirkungsgrad von etwa 33 j0 als
Norm angenommen.
Die Erfindung befasst sich mit der Aufgabe, den thermodynamischen und den elektrochemischen Wirkungsgrad von mit geschmolzenen Salzbädern arbeitenden elektrolytischen Verfahren durch Erhöhung des lonisationsgrades des Bades und durch Erhöhung der Ionenbeweglichkeit zu verbessern, um so die je Kilogramm des raffinierten Metalls erforderliche elektrische Energie herabzusetzen. Ferner wird durch die Erfindung die Relaxations- oder Rekombinationszeit von Ionenpaaren im Bad erhöht, wodurch bei den üblichen niedrigen Betriebsgleichspannungen ein erhöhter Ionisationsgrad im Bad aufrechterhalten werden kann. Überdies soll durch die Erfindung die Auswirkung der Polarisation oder von Gasschichten an den Elektroden der elektrolytischen Zelle behoben werden.
Ferner befasst sich die Erfindung mit der Aufgabe, eine elektrolytische Apparatur zu schaffen, welche bei der erhöhten Abscheidungsgeschwindigkeit des Metalls die erforderliche Heizung des Salzbades bewirkt, dabei aber eine verminderte Abnützung der Elektroden zeigt. Diese elektrolytische Apparatur wird mit einer impulsförmigen hohenGleichspannung beaufschlagt, welche der üblichen niedrigen, kontinuierlichen Gleichspannung überlagert ist und gleiche Polarität wie diese hat, wobei Impulsreflexionen im wesentlichen ausgeschaltet oder unterdrückt werden, indem z. B. die zu unterdrückende Impulsspannung im Nebenschluss abgeleitet wird.
Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, eine elektrolytische Apparatur der beschriebenen Art zu schaffen, bei der ein hoher Diffusionsgrad von Aluminiumoxyd in das geschmolzene Kryolithbad erreicht wird, so dass das Aluminiumoxyd besser mit den reduzierenden Ionen in Berührung gebracht wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Erhöhung des Wirkungsgrades eines Elektrolytbades aus geschmol- zenem Salz, bei dem am Bad eine kontinuierliche niedrige Gleichspannung anliegt, ist im wesentlichen
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dadurch gekennzeichnet, dass dieser Gleichspannung eine intermittierende hohe Gleichspannung gleicher
Polarität wie die niedrige Gleichspannung überlagert wird.
Die erfindungsgemässevorrichtung zurAusübung dieses Verfahrens umfasst eine elektrolytische Zelle, welche das geschmolzene Salzbad enthält, in diesem Bad angeordnete Elektroden sowie eine mit diesen
Elektroden verbundene Quelle einer niedrigen Gleichspannung und ist im wesentlichen durch eine Quelle einer intermittierenden, hohen Gleichspannung gleicher Polarität wie die an den Elektroden liegende niedrige Gleichspannung sowie durch Drosselspulen oder ähnliche Sperrglieder gekennzeichnet, die zwi- schen der Quelle niedriger Spannung und den Elektroden zwecks elektrischer Trennung der Niederspannungsquelle von der Hochspannungsquelle eingeschaltet sind.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann in Verbindung mit üblichen elektrolytischen Zellen, wie sie beispielsweise beim Hall-Verfahren verwendet werden, ausgeübt werden. In einer solchen Zelle wird ein geschmolzenes Kryolith-Aluminiumoxyd-Bad auf etwa 10000C gehalten, und durch das Bad wird mitteis einer Gleichspannung von 3 bis 7 V zwischen den Elektroden ein kontinuierlicher Gleichstrom geleitet.
Beispielsweise werden in Intervallen von je einer halben Sekunde hochgespannte Gleichstromimpulse gleicher Polarität wie die anliegende niedrige Gleichspannung, u. zw. mit Impulsspitzen von etwa 1000 V und einer wirksamen Impulsbreite von je einer Mikrosekunde, dieser niedrigen Gleichspannung überlagert, wobei durch besondere Massnahmen Impulsreflexionen im wesentlichen vermieden oder kompensiert werden. Die Quellen niedriger und hoher Gleichspannung sind parallel zu den gleichen Elektroden geschaltet die Niederspannungsquelle ist gegen die Hochspannungsquelle mit Hilfe von Drosselspulen od. dgl. geschützt.
Die Hochspannungsimpulse werden durch einen Kipposzillator erzeugt, in dem ein Kondensator vorgesehen ist, der abwechselnd von einer Leistungsquelle her aufgeladen und sodann über ein Wasserstoff-Thyratron, ein Ignitron oder über irgendeine andere geeignete Schalteinrichtung plötzlich entladen wird. In gleicherweise können jedoch auch induktive oder magnetische Speicher für die Impulserzeugung verwendet werden.
Die geschilderte Überlagerung der kontinuierlichen niedrigen Gleichspannung mit einer impulsförmigen hohen Gleichspannung führt zu einer wesentlichen Erhöhung des Ionisationsgrades im Bad und in weiterer Folge zu einer wesentlichen Verbesserung des Wirkungsgrades des Ionentransportes im Bad.
Die Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung genauer erläutert werden. Fig. 1 ist ein schematisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung gemäss der Erfindung. Fig. 2 stellt im Diagramm den zeitlichen Verlauf der bei der Erfindung angewendeten Spannungen dar. Fig. 3 zeigt ebenfalls in Diagrammform die Ionenbeweglichkeit beim erfindungsgemässen Verfahren sowie beim üblichen Niederspannungsbetrieb und lässt auch die Wirksamkeit der Erfindung hinsichtlich der Verzögerung der Rekombinationszeit der Ionen zwischen den Impulsen erkennen.
In Fig. 1 ist schematisch eine elektrolytische Zelle 10 mit bekanntem Aufbau dargestellt. Diese Zelle ist mit einer Kohleauskleidung 11 versehen. Sie enthält das geschmolzene Kryolith-Aluminiumoxyd-Bad, das durch die beim Durchgang des elektrolysierenden Stromes erzeugte Joule'sche Wärme jR auf einer Temperatur von etwa 10000C gehalten wird. Im Bad 12 sind Kohleelektroden 13 angeordnet, die mit einer Quelle niedriger Gleichspannung (etwa von 5 V), z. B. mit einem Generator 14, verbunden sind.
Erfindungsgemäss ist nun dieser Zelle und der bereits beschriebenen Schaltung noch ein Kipposzillator 15 zugeordnet. An eine (nicht dargestellte) Wechselstromquelle von beispielsweise 440 V ist die Primärwicklung 17 eines Aufwärtstransformators 16 angeschlossen. In Serie zur Sekundärwicklung 18 dieses Transformators 16 liegt ein Gleichrichter 19, so dass an den Ausgangsklemmen 20,21 eine gleichgerichtete Halbwellenspannung auftritt. Die Ausgangsklemmen 20,21 sind von einem Kondensator überbrückt, dessen kapazitive Reaktanz so gewählt ist, dass sie die induktive Reaktanz der Sekundärwicklung 18 des Transformators neutralisiert, so dass an den Klemmen 20,21 eine im wesentlichen rein ohmische Quellenimpedanz wirksam ist. Der Kondensator 22 kann in beliebiger Weise einstellbar sein.
An die Klemmen 20, 21 ist ferner in Serie ein Ru-lied mit einem veränderbaren Widerstand 23 und einem Hochspannungs-Speicherkondensator 24 angeschlossen. Parallel zu dem Kondensator 24 liegt eine Induktivität 25, welche die kapazitive Reaktanz des Kondensators 24 neutralisiert und dadurch die Impedanzanpassung des Oszillatorkreises 15 an das Bad 12 erleichtert.
Der Kipposzillator enthält ferner vier parallelgeschaltete Wasserstoff-Thyratrons 26, deren Anoden an den Verbindungspunkt von Widerstand 23 und Kondensator 24 angeschlossen sind, wogegen ihre Kathoden über die Primärwicklung 27 eines Abwärtstransformators 28 mit der andern Klemme 29 des Kondensators 24 in Verbindung stehen. Alle Gitter 30 der Thyratrons 26 haben die gleiche negative Vorspannung gegenüber Erde, die z. B. von einer Batterie 31 erzeugt wird. ParallelzurPrimärwicklung27liegteine
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Neonröhre 32, welche in später noch zu erläuternder Weise die Impulsabgabe an die Primärwicklung 27 anzeigt. Die Sekundärwicklung 33 des Abwärtstransformators 28 ist mit den Elektroden 13 des Bades 12 ir der dargestellten Weise verbunden.
In einer Leitung des Niederspannungskreises liegt eine Drossel- spule 35 od. dgl., welche den Gleichstromgenerator 14 gegen die den Elektroden 13 vom Kipposzilla- tor 15 her zugeführten Hochspannungsimpulse schützt.
Die beschriebene Einrichtung arbeitet auf folgende Weise : Wenn die Primärwicklung 17 des Trans- formators 16 an eine Wechselspannungsquelle von z. B. 440 V angeschlossen ist, so entsteht an der Se- kundärwicklung 18 eine sehr hohe Spannung, die vom Gleichrichter 19 gleichgerichtet wird. Die so er- haltenen Halbwellenimpulse werden über den veränderbaren Widerstand 23 dem Ladekondensator 24 zu- geführt.
Durch eine Folge solcher Halbwellenimpulse wird der Kondensator 24 auf einen vorgegebenen Span- nungswert in der Grössenordnung von einigen 1000 V aufgeladen ; bei diesem vorgegebenen Spannungswert wird das Zündpotential der Thyratrons 26, welches von der den Gittern 30 der Thyratrons von der Batte- rie 31 zugeführten Vorspannung abhängt, erreicht, so dass die Thyratrons zünden, d. h. leitend werden und hiedurch den Kondensator 24 über die Thyratrons 26 und die seriengeschaltete Primärwicklung 27 des
Abwärtsübertragers 28 entladen und auf diese Weise einen Gleichspannungsimpuls erzeugen, welcher der
Sekundärwicklung 33 des Transformators und von dieser den Elektroden 13 im Bad 12 zugeführt wird.
Die abwechselnde Ladung und Entladung des Kondensators 24 erfolgt so, dass je nach der Einstellung des veränderbaren Widerstandes 23 ungefähr jede halbe Sekunde ein Impuls auftritt. Die Zeitkonstante des Entladungskreises 34 ist so gewählt, dass scharfe Impulse erhalten werden, durch die etwa 900 ; 0 der gespeicherten Energie in ungefähr einer Mikrosekunde freigegeben werden (vgl. Fig. 2). Der Konden- sator 24 ist so bemessen, dass er eine ausreichende Ladung aufnimmt, um das Bad 12 mit dem gesam- ten Strom-beliefern zu können, der für die Hochspannungsentladung innerhalb des geschmolzenen Salz- bades extrem niedrigen Widerstandes erforderlich ist. Innerhalb der Impulsdauer von einer Mikrosekun- de ist eine Leistung von etwa 10000 Megawatt erforderlich.
Die Impulsleistung entspricht einer Dauerleistung von etwa 20 Watt, während die Niederspannungs- leistung im Bad ungefähr 350 - 400 Kilowatt beträgt. Ein allenfalls geringer Wirkungsgrad des impuls- gebenden Oszillatorkreises 15 ist unter diesen Umständen im Hinblick auf die erzielten thermodynami- schen und elektrochemischen Verbesserungen ohne besondere Bedeutung.
Es versteht sich, dass im Impulsgeneratorkreis auch induktive oder magnetische Speicher Anwendung finden können. Ebenso kann ein Gleichstromgenerator in Verbindung mit einem Schwungradschaltgerät angewendet werden, um den Schaltröhren direkt Stromimpulse zuzuführen, wobei das Schaltgerät mit einem rotierenden Schalter synchronisiert ist, der in der nachstehend beschriebenen Weise mit mehreren
Zellen verbunden ist.
Der innere Widerstand des Bades beträgt nur ungefähr 0, 0001 Ohm und es ist daher erforderlich, die Impedanz des OS7. 1llatorkreises 15 an die Badimpedanz anzupassen, um Impulsreflexionen zu verhindern, die zu einer der gewünschten Richtung entgegengesetzten lonenbewegung führen würden, durch welche der Gewinn an lonenbeweglichkeit wieder vernichtet und so die Rekombinationszeit vermindert werden würde. Aus diesem Grunde sind die verschiedenen, mit einer Reaktanz behafteten Bestandteile des Oszillatorkreises in der erläuterten Weise abgeglichen, und da die Wasserstoff-Thyratrons im leitenden Zustand beispielsweise je 0, 2 Ohm Widerstand aufweisen können, werden 4 solcher Thyratrons in Parallelschaltung verwendet, um einen resultierenden Widerstand von 0, 05 Ohm und die erforderliche Stromstärke im Ausgang zu erhalten.
Für die Impedanzanpassung zwischen den 0, 05 Ohm auf der Primärseite des Abwärtstransformators 28 und den 0, 0001 Ohm auf der Sekundärseite 33 muss der Transformator 28 ein Windungsverhältnis von etwa 22 : 1 aufweisen. Um daher im Bad eine Impulsspitze von 1000 V zu erhalten, muss der Kondensator 24 auf eine Spannung von etwa 22000 V aufgeladen werden.
Wenn die Impedanz der elektrolytischen Zelle eine induktive Komponente hat, so kann diese durch Einschaltung eines (nicht dargestellten) Kondensators im Sekundärkreis 33 des Abwärtstransformators 28 neutralisiert werden. Falls die induktive Komponente klein ist, wird dieser Kondensator vorzugsweise parallel zu den Zellenelektroden geschaltet, wogegen sich bei einer grossen induktiven Komponente eine Serienschaltung des Kondensators empfiehlt.
Um die störende Auswirkung negativer Reflexionen infolge einer trotz der geschilderten Anpassungs- massnahmenallenfalls noch verbleibenden Fehlanpassung auszuschalten, werden die negativen Reflexionen durch einseitig gerichtete Schaltelemente des elektrischen Schaltkreises unterdrückt. Zu diesem Zwecke ist in Serie zwischen der negativen Elektrode 13 und Erde gemäss Fig. 1 eine Diode 36 eingeschaltet, durch welche die reflektierte Impulsspannung gegen Erde abgeleitet wird.
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An Stelle der beschriebenen Wasserstoff-Thyratrons können auch andere Schaltröhren dieser Art ver- wendet werden, z. B. eine Type, welche Ströme von etwa 60000 A bei einer Spannung von etwa 40 kV und einem Innenwiderstand zwischen Anode und Kathode in der Grössenordnung von 0,015 Ohm verarbei- ten kann. Eine andere handelsübliche Röhrentype hat bei angenähert gleichem Innenwiderstand einen 5Nennstrom von 60000 A bei 65 kV. SolcheRöhren können ebenfalls in einem Oszillatorkreis gemäss Fig. 1 verwendet werden.
Ferner können zusätzliche Schaltkreise verwendet werden, um vom gleichen Oszillatorkreis Hoch- spannungsimpulse an mehrere elektrolytische Zellen abzugeben. Insbesondere kann eine Gruppe von
Thyratrons, Ignitrons oder andern Schaltröhren vorgesehen werden, die von einem Kipposzillator synchron ) gesteuert werden und mit einem (nicht gezeichneten) rotierenden Schalter zusammenarbeiten, der zwi- schen den Abschaltperioden, d. h. in den nichtleitenden Zuständen der Röhren, von einem Kontakt auf den nächsten übergeht und in den Einschaltperioden, d. h. in den leitenden Zuständen der Röhren ent- sprechend der Breite der Schalterkontakte Verbindungen herstellt. Jeder dieser Schalterkontakte ist mit einer andern elektrolytischen Zelle verbunden, wobei jede Zelle vorzugsweise einen eigenen Impuls-
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pe von Schaltröhren, d. h.
Thyratrons, Ignitrons usw., eine grössere Anzahl von Zellen bedienen.
Es ist auch möglich, andere impedanzanpassende Einrichtungen zu verwenden, die niedrigere Spannungen im Kippkreis zulassen, wie beispielsweise die bekannten Anpassungs-Stichleitungen an oder nahe den Elektroden 13 der elektrischen Schaltung. Da eine vollkommene Anpassung ausserordentlich schwierig, wenn nicht unmöglich ist, empfiehlt es sich, die Anpassung auf eine etwas niedrigere Impedanz als die Badimpedanz vorzunehmen.
Da durch die Überlagerung der Hochspannungsimpulse 38 (Fig. 2) über die Niederspannung der Ioni- sationsgrad und die Ionenbeweglichkeit im Bad erhöht werden, nimmt der Widerstand des Bades ab und infolgedessen steigt bei konstanter niedriger Gleichspannung am Bad der Strom durch das Bad nach dem
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Spannung von 3 1/2 V ausreichen, um den gleichen Heizeffekt wie eine Spannung von 5 V bei gewöhnlicher Zellenausbildung zu bewirken. Mit andern Worten kann bei 40% figer Steigerung der Metallproduktion die Niederspannung um etwa 30% abgesenkt werden und dennoch die gleiche Joule'sche Wärme liefern.
Wie schon erwähnt worden ist, wird bei der beschriebenen und nach dem erläuterten Verfahren arbeitenden Vorrichtung der Ionisationsgrad in einem bisher nicht erreichbaren Ausmass erhöht, wodurch bei vorgegebener Produktionsmenge an Metall erhebliche Einsparungen an Stromkosten erzielt werden.
Die theoretischen Grundlagen für die verbesserte Arbeitsweise nach der Erfindung sind noch nicht vollkommen geklärt. Es hat jedoch den Anschein, dass hiebei verschiedene physikalische Prinzipien eine Rolle spielen.
Die Relaxations- oder Rekombinationszeit von Ionenpaaren in geschmolzenen Salzbädern ist noch nicht bestimmt worden, dürfte aber im vorliegenden Falle in der Grössenordnung von 10-7 Sekunden liegen.
Beim erfindungsgemässen Verfahren stossen jedoch die kurzen Hochspannungsimpulse, die gleiche Polarität wie die kontinuierliche Niederspannung haben, die Ionen in den Wirkungsbereich des kontinuierlichen Feldes und die Rekombinationszeit wird dementsprechend bis zurGrössenordnung von etwa 1 Sekunde erhöht, wie das aus der vor einem wesentlichen Abfall der Kurve A in Fig. 3 liegenden Zeitspanne erkenntlich ist. Die Kurve B in Fig. 3 zeigt den relativen Ionisationsgrad ohne Anwendung von Hochspannungsimpulsen. Diese Kurve schwankt natürlich etwas je nach der Konzentration des Aluminiumoxyds im Bad sowie in Abhängigkeit von andern Faktoren.
Im geschmolzenen Kryolith-Alumlniumoxyd-Bad sind tatsächlich nichtionisierte Bestandteile noch
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band zu bewirken, können verschiedene Massnahmen angewendet werden, etwa eine Temperaturerhöhung, eine ionisierende Strahlung sowie eine hohe Spannung. Gegenwärtig wird industriell eine Ionisation und dielektrische Abspaltung angewendet, die ausschliesslich auf einer Temperaturerhöhung beruht.
Wenn nun überdies einHochspannungsimpuls angelegt wird, tritt ein weiterer Gitterabbruch bzw. eine Ionisation auf und es werden Elektronen aus den unteren Niveaus in das Leitungsband angehoben ; die gestörtenElektronen, welche das Leitungsband nicht erreichen, erzeugen Corona-Effekte oder Strahlungen, welche zur Ausbildung von Leerstellen (innizationpotentials) führen und andere Elektronen in das Leitungsband anheben.
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Der Hochspannungsimpuls braucht nicht allzu hoch zu sein und ist dennoch infolge der gleichzeitigen thermischen Effekte, die zu vielen "benachbarten" Ionen und Leitfähigkeitselektronen führen, besonders wirksam. Je höher die Temperatur ist, desto geringer ist die erforderliche Hochspannung bei vorgege- bener Wirkungsgradsteigerung.
Bei einer Temperatur von 10000C befinden sich vermutlich bestimmte der undissoziierten Teilchen an der Schwelle des Gitterbruchs oder der Dissoziation ; sie sind mit andern Worten zur Dissoziation an- geregt, weil ihre Elektronen ausreichende Schwingungen ausführen, um leicht aus dem unteren Niveau in das Leitungsband übergeführt werden zu können. Es ist deshalb nur ein sehr geringer Aufwand an elek- trischer Leistung erforderlich, um eine Dissoziation dieser Teilchen zu bewirken, und die impulsförmi- ge hohe Gleichspannung, die ein äusserst kurzes Tastverhältnis, nämlich von etwa 1 : 500000 aufweist, reicht daher für eine solche Dissoziation aus.
Das niedrige Tastverhältnis ermöglicht die Anwendung einer relativ schwachen Leistungsquelle und führt nicht zu einer wesentlichen Temperaturerhöhung im Bad, der nicht durch die bereits erwähnte Mass- nahme, nämlich durch die Anwendung einer etwas niedrigeren kontinuierlichen Gleichspannung, begeg- net werden könnte. Es soll demnach in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen unter einer
Spannung von "etwa 5 V"eine kontinuierliche Gleichspannung verstanden werden, die bei Anlegen an das
Bad den gewünschten elektrolytischen Strom liefert und das Bad auf einer Temperatur von 10000C hält.
Eine andere Einflussgrösse beim vorliegenden Problem dürfte die Massenträgheit der Ionen und die
Ionenreibung sein. Viele der Ionen, welche durch den thermischen Gitterabbruch gebildet werden, kön- nen infolge ihrer Trägheit und der Reibung in einem Niederspannungsfeld nicht zur Wanderung veranlasst werden. Ein solches Ion kann durch Zusammenstoss mit einem andern, gegensinnig geladenen Ion schon verlorengehen, bevor es wirksam geworden ist. Dieses Verhalten ist analog dem Abrollen von grossen Ku- geln am Boden. Die mechanische Kraft, die erforderlich ist, um die Kugeln zum Rollen zu bringen, ist vielfach grösser als jene Kraft, die aufgewendet werden muss, um die einmal in Bewegung versetzten Kugeln im rollenden Zustand zu halten.
Im Rahmen der Erfindung übt nun der 1000 V-Impuls den erfor- derlichen Stoss aus, um die Trägheit und die Anfangsreibung der Ionen zu überwinden ; sobald aber die
Ionen in Bewegung versetzt worden sind, werden sie in den vorgegebenen Richtungen zu den betreffen- den Elektroden durch die viel kleinere, gleichzeitig wirksame kontinuierliche Niederspannung bei nur geringem Geschwindigkeitsabfall in Bewegung gehalten. Durch den gleichen Effekt werden die Ionen in grössere gegenseitige Abstände gebracht, wodurch die Rekombinationszeit verkleinert wird. Unter diesen Umständen wird infolge der Rekombination das normale Gleichgewicht erst nach etwa 41 Sekunden erreicht, wogegen die normale Rekombinationszeit nur etwa 10-7 Sekunden beträgt.
Die Überlagerung der einseitig gerichteten Gleichspannungsimpulse gleicher Polung über die kontinuierliche Niederspannung dürfte somit zwei wichtige Effekte ergeben. Erstens wird der Ionisationsgrad infolge des Abbruchs der Kristallgitter erhöht und ferner wird die Ionenbeweglichkeit, welche dem Stocke-Einstein-Gesetz folgt, erhöht, so dass eine grössere Beweglichkeit der Ionen in Abhängigkeit von den Impulsen und damit eine Erhöhung der Rekombinationszeit erzielt wird.
Die Anwendung von Hochspannungsimpulsen in geschmolzenen Bädern führt zu dem Problem der Impulsreflexionen. Jeder Impuls hat zunächst die Tendenz, einen gegenläufigen reflektierten Impuls im Bad auszulösen, wodurch zumindest teilweise die Ionenbeweglichkeit in der gewünschten Richtung neutralisiert und bei einer durch die wirksame Reaktanz bedingten Phasenumkehr der erzielte Vorteil sogar mehr als aufgewogen-werden kann. Um solche Reflexionen zu vermeiden, muss die Impedanz des Bades in der beschriebenen Weise an die Impedanz des Übertragungssystems für die Hochspannungsimpulse angepasst werden oder die reflektierten Impulse müssen unterdrückt und abgeleitet werden. Die praktisch nicht vermeidbare Fehlanpassung soll vorzugsweise so gewählt werden, dass die Anpassung an eine geringere als die tatsächlich vorhandene Badimpedanz erfolgt.
Ganz unabhängig von den theoretischen Grundlagen wird durch die Erfindung ein erstaunlicher Zuwachs des elektrochemischen Wirkungsgrades und damit eine stark erhöhte Wirtschaftlichkeit erzielt. Insbesondere wird die Ausbeute je Zelle erhöht und so eine Verminderung der Ausgaben für die Kohleelektroden und für das Personal erreicht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erhöhung des Wirkungsgrades eines Elektrolytbades aus geschmolzenem Salz, an dem eine kontinuierliche niedrige Gleichspannung liegt, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Gleichspannung intermittierend eine hohe Gleichspannung gleicher Polarität überlagert wird.
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