AT218750B - Verfahren zur Erzeugung von Aluminium durch Schmelzflußelektrolyse von Aluminiumoxyd - Google Patents

Description

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  Verfahren zur Erzeugung von Aluminium durch   Schmelzflusselektrolyse   von Aluminiumoxyd 
Die Erfindung betrifft die Schmelzflusselektrolyse des Aluminiumoxyds, insbesondere ein neues Elektrolysebad zur Erzeugung von Aluminium durch Elektrolyse des Aluminiumoxyds. 



   Es ist einerseits   bekannt, Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse   von in einem Bad aus Aluminium-   und Natrium-Doppelfluorid-AlF. 3NaF-dem sogenannten Natriumkryolith, gelöstem Aluminiumoxyd zu erzeugen. Allgemein wird diese Elektrolyse zwischen 930 und IOOOOC, insbesondere bei etwa 950 C,   durchgeführt. 



   Anderseits ist es bekannt, dass der elektrische Energieverbrauch bei der Erzeugung des Aluminiums äusserst hoch ist und über 16000 kWh bzw. etwa 17000 kWh pro t Aluminium beträgt. Der auf den Joule-Effekt zurückzuführende Spannungsabfall über die wenigen cm des Bades, die zwischen der Anode und der Kathode liegen, stellt einen bedeutenden Teil der Betriebsspannung einer normalen Zelle dar. 



  Man kann leicht berechnen, dass bei einer Betriebsspannung von durchschnittlich 4, 7 V ein Spannungsabfall von 1, 7 bis   2, 2 V,   d. h. von 36 bis   46in,   auf den spezifischen Widerstand des Bades zurückzuführen ist. Daraus ergibt sich sofort, dass es von grösster Bedeutung wäre, den spezifischen Widerstand des Bades herabzusetzen, ohne jedoch die andern Betriebsfaktoren der Elektrolyse des Aluminiumoxyds zu Aluminium zu beeinträchtigen. 



   Das erfindungsgemässe Verfahren zur Erzeugung von Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse von Aluminiumoxyd ist dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumoxyd in einem Kryolithbad gelöst wird, das aus einem Gemisch von bis zu 17, 5, vorzugsweise über 14   Grew.-%   Lithiumkryolith,   AlFs'3LiF,   bis zu 5   Gew. -% Kaliumkryolith, AlFs. 3KF   und Natriumkryolith,   AIFs. 3NaF   besteht. 



   Weitere Gegenstände der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung und dem Beispiel hervor. 



   Es wurde das Solidus-Liquidus-Dreistoffdiagramm für die Gemische von Natrium-, Lithium- und Kaliumkryolith,   d. h.   des Natriumkryoliths bzw. Aluminium- und Natrium-Doppelfluorids mit der For- 
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    AlFs. 3NaF,jedem Mengenverhältnis   feste Lösungen ohne bestimmte Zusammensetzung (eutektische Lösungen) bilden. Bei 655 C liegt ein Schmelzpunktminimum mit folgender   Zusammensetzung : 60% Lithiumkryolith, 20%   Natriumkryolith,   20"/0     Kaliumkryolith.   Daher kann man als Elektrolysebad für die Umwandlung des Aluminiumoxyds in Aluminium jedes Gemisch der genannten Kryolithe innerhalb des beanspruchten Bereiches verwenden, da die andern für den Verlauf der Elektrolyse wichtigen Faktoren nicht beeinträchtigt werden. 



   Ferner wurde entdeckt, dass bei Anwendung derartiger Bäder nicht nur die andern Faktoren in keiner Weise beeinträchtigt werden, sondern dass diese andern Faktoren sogar verbessert werden, wenn die Bäder folgende Zusammensetzung haben : 
 EMI1.2 
 
<tb> 
<tb> Lithiumkryolith <SEP> 17, <SEP> 5 <SEP> Gew.-% <SEP> 
<tb> Kaliumkryolith <SEP> 5 <SEP> Gew.

   <SEP> -Ufo <SEP> 
<tb> Natriumkryolith <SEP> Rest <SEP> auf <SEP> 100%
<tb> 
 

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Die elektrische Leitfähigkeit derartiger Bäder mit einem Gehalt von einigen Prozent, beispielsweise in einer Grössenordnung von 5 bis 10% darin gelöstem Aluminiumoxyd bei Temperaturen von etwa 9500C ist um ein Vielfaches von   le,   insbesondere um   40-50% hoher als   die von Bädern von reinem Natriumkryolith mit dem gleichen Gehalt von gelöstem Aluminiumoxyd bei gleicher Temperatur. 



   Wie bei reinem Natriumkryolith bewirkt die Anwesenheit des in den   Elekcolysebädern   gelösten Aluminiumoxyds eine Herabsetzung des Gefrierpunktes der Bäder. 



   Nach einer bevorzugten, aber nicht einschränkenden Ausführungsform der Erfindung wird unter Anwendung des vorstehend angegebenen Elektrolysebades die elektrolytische Erzeugung des Aluminiums bei einer Temperatur von 9000C oder darüber und mit einer maximalen Aluminiumoxydkonzentration von 5 bis   101/0,   insbesondere etwa 7%, in dem aus den drei Kryolithen bestehenden Bad durchgeführt. 



   Es wurde festgestellt, dass es bei diesen Arbeitsbedingungen möglich war, beträchtliche Verbesserungen gegenüber dem in einem Natriumkryolithbad durchgeführten Elektrolyseverfahren zu erzielen. Zu diesen Verbesserungen gehört vor allem eine beträchtliche Herabsetzung der Betriebsspannung der Zellen um einige Prozent z. B. um etwa   3%   und mehr und eine Erhöhung des Leistungswirkungsgrades - kWh pro t Aluminium-um mehr als 7% bis zu   10%   und darüber. 



   Das nachstehende in keiner Weise einschränkende Beispiel soll das   Verständnis   der Erfindung erleichtern. 



   B e i s p i e l: Von zwei von dem gleichen Strom durchflossenen und von demselben Personal bedienten 
 EMI2.1 
 Zellen 29, 500 A war. 



   Es wurden folgende Ergebnisse erhalten : 
 EMI2.2 
 
<tb> 
<tb> Kontrollzelle <SEP> erfindungsgemässe <SEP> Zelle
<tb> Durchschnitts-Klemmenspannung <SEP> der <SEP> Zellen <SEP> 5 <SEP> V <SEP> 4, <SEP> 7 <SEP> V <SEP> 
<tb> Verbrauch <SEP> in <SEP> kWh <SEP> 322200 <SEP> 299160 <SEP> 
<tb> Aluminiumerzeugung <SEP> 18 <SEP> 270 <SEP> kg <SEP> 19100 <SEP> kg
<tb> kWh/t <SEP> Aluminium <SEP> 17 <SEP> 630 <SEP> 15 <SEP> 680
<tb> Mittlere <SEP> Badtemperatur <SEP> 960 C <SEP> 930 C
<tb> 
 
Mit der erfindungsgemässen Elektrolysezelle wurden daher gegenüber der Kontrollzelle folgende Verbesserungen erzielt : 
 EMI2.3 
 
Verbrauch in kWh/t Aluminium 1950 = 11,6%
17630 
PATENTANSPRÜCHE : 
1.

   Verfahren zur Erzeugung von Aluminium durch   Schmelzflusselektrolyse   von Aluminiumoxyd, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminiumoxyd in einem Kryolithbad gelöst wird, das aus einem Gemisch von bis zu 17, 5, vorzugsweise über 14 Gew.-% Lithiumkryolith, AlF3.3LiF, bis zu 5 Gew.-% Kalium- 
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Claims (1)

1. 3. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzflusselektrolyse des Aluminiumoxyds bei einer Temperatur von oder über 9000C durchgeführt wird.