AT233274B

AT233274B - Kathodenwanne einer Zelle für die Herstellung von Aluminium duch Schmelzflußelektrolyse

Info

Publication number: AT233274B
Application number: AT1362A
Authority: AT
Original assignee: Aluminium Ind Ag
Priority date: 1961-01-30
Filing date: 1962-01-02
Publication date: 1964-04-25

Description

Kathodenwanne einer Zelle für die Herstellung von Aluminium duch Schmelzflusselektrolyse
Das Stammpatent Nr. 224347 betrifft ein Verfahren zum Auskleiden der Wände der Kathodenwanne einer Zelle für die Herstellung von Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse. Gemäss diesem Verfahren erfolgt das Auskleiden durch Stampfen einer Masse aus 40-85 Gew.-% Siliziumkarbidpulver, 45-7Gew.-%
Kokspulver und 15-8 Gew.-% Pech. Das Stammpatent bezieht sich auch auf die Kathodenwanne selbst, deren Wandauskleidung gemäss dem beschriebenen Verfahren ausgebildet ist.

Es hat sich nun ergeben, dass eine Wanne mit nach dem erwähnten Verfahren ausgekleideten Wänden sich sehr gut für Zellen eignet, bei denen der Strom durch Elemente aus Karbiden und/oder Boriden der Übergangsmetalle Titan, Zirkonium, Tantal und Niob dem kathodisch abgeschiedenen, geschmolzenen
Aluminium zugeführt wird. Im Nachfolgenden soll an Stelle der Ausdrücke "Karbiden und/oder Boriden der Übergangsmetalle" der Einfachheit halber der Ausdruck"Hartmetall"verwendet werden. Solche
Stromzuführungselemente sind beispielsweise in den Schweizer Patentschriften Nr. 299434, Nr. 301030,
Nr. 330206 und Nr. 346033 beschrieben.

Die Stromzuführungselemente aus Hartmetall können lotrecht von oben durch das Elektrolytbad hindurch bis zur flüssigen Kathodenmetallschicht eingeführt werden.

Die nach dem Verfahren des Stammpatentes ausgekleideten Wände werden aber besonders zweckmä- ssig in solchen Aluminiumelektrolysezellen verwendet, in denen, vorzugsweise stabförmige, Stromzuführungselemente aus Hartmetall waagrecht oder nahezu waagrecht in den Seitenwänden der Kathodenwanne angeordnet sind und mit ihrem Ende bis zum flüssigen Kathodenmetall reichen. Die schlechte Wärmeleitfähigkeit der siliziumkarbidhaltigen Masse erlaubt, die Wandauskleidung dünner zu halten als es mit der üblichen Kunstkohlenstoffmasse möglich ist, so dass die Hartmetallstromzuführungselemente, die sehr teuer sind, kürzer gehalten werden können.

Man hat zwar schon vorgeschlagen, in einem solchen Falle die Seitenwandungen der Zellen aus mit Hilfe von Ton gebundenem Siliziumkarbid oder aus nitridgebundenem Siliziumkarbid herzustellen. Abgesehen davon, dass das für das Zusammenfügen von Platten oder Blöcken aus diesen Materialien verwendete Bindemittel durch den Schmelzflusselektrolyten angegriffen wird und dass die Platten bzw. Blöcke meistens nicht so dicht miteinander verbunden werden können, dass der Schmelzflusselektrolyt nicht mit der Zeit durch die Fugen dringt, ist ein Schutz durch eine Kruste von erstarrtem Elektrolyten erforderlich, da insbesondere das tongebundene Siliziumkarbid vom flüssigen Aluminium und vom Schmelzflusselektrolyten angegriffen wird. Die Dicke der Erstarrungskruste bedingt eine entsprechende grössere Länge der Stromzuführungselemente aus Hartmetall.

Wände aus der im Stammpatent beschriebenen siliziumkarbidhaltigen Auskleidungsmasse bedürfen eines Schutzes durch erstarrten Elektrolyten nicht, so dass bei gleicher Dicke der Auskleidung die Stromzuführungselemente aus Hartmetall kürzer gehalten werden können als im Falle einer Auskleidung aus tongebundenem oder nitridgebundenem Siliziumkarbid.

Weitere Vorteile gehen aus den folgenden Ausführungen hervor.

Nach dem Verfahren des Stammpatentes wird die Wandung der Kathodenwanne nicht mit bereits

vorgeformten, zusammengekitteten keramischen Platten, sondern mit einer in bekannter Art und Weise fugenlos eingestampften, neuartigen Masse ausgekleidet, die sich, wie oben angegeben, aus 40-85% Siliziumkarbidpulver, 45-7% Kokspulver und 15-8% Pech zusammensetzt. Vorzugsweise wird dabei die folgende engere Zusammensetzung verwendet :
EMI2.1

<tb>
<tb> Siliziumkarbidpulver <SEP> 70- <SEP> 0%
<tb> Kokspulver <SEP> 15-10%
<tb> Mittelhartpech <SEP> 15 <SEP> - <SEP> 100/0. <SEP>
<tb>

Als sehr gut geeignet hat sich eine Mischung aus 75% Siliziumkarbid, 14% Kokspulver und 110/0
Mittelhartpech erwiesen. Es ist selbstverständlich möglich, der Stampfmasse geringe Mengen anderer
Stoffe zuzusetzen, sofern diese das Ergebnis nicht beeinträchtigen.

Das Siliziumkarbid soll in der vorstehend beschriebenen Stampfmasse in Korngrössen von 0 bis 6 mm vorliegen. Das Kokspulver kann aus allen beliebigen Kokssorten hergestellt sein und soll eine Korngrösse von 0 bis 22 mm haben. Die Mischung wird zweckmässigerweise bei einer Temperatur zwischen 50 und
2500 C hergestellt, wobei eine beliebige Pechart entweder in vorverflüssigter Form oder in Stücken zugesetzt wird.

Die erreichte mechanische Festigkeit dieser Masse nach dem Stampfen beruht auf der wechselseitigen Wirkung des Peches und des Kokspulvers. Pech und Kokspulver bilden eine Art Wabenstruktur, in deren Hohlräumen das Siliziumkarbid als Füllkörper eingelagert ist.

Die Stampfmasse gemäss dem Stammpatent ist in reduzierender Atmosphäre gegen den Schmelzfluss- elektrolyten und gegen flüssiges Aluminium beständig. Ihre elektrische Leitfähigkeit ist je nach Gehalt an Siliziumkarbid 5 - 15 mal kleiner als diejenige der bisher verwendeten Kunstkohlestampfmasse. Die Wärmeleitfähigkeit ist um die gleiche Grössenordnung kleiner.

Ein wesentlicher Vorteil der nach dem Stammpatent eingesetzten Stampfmasse liegt darin, dass sie in gleicher Weise wie die bisher übliche Kunstkohlestampfmasse verarbeitet und zur Herstellung von gestampften Wandauskleidungen verwendet werden kann.

DieimStammpatentbeschriebene Stampfmasse lässt sich fest und fugenlos mit den bisher im Bau von Aluminiumelektrolysezellen üblichen Kohlematerialien verbinden. Einbedeutender Vorteil der Herstellung der Wandauskleidung aus der erwähnten Stampfmasse gegenüber dem Aufbau aus vorgeformten,'Silizium- karbid enthaltenden Platten besteht darin, dass die ganze Kathodenwanne fugenlos hergestellt werden kann.

Auch die Sohle der Zelle mit Harimetallsiromzuführungselementen zum flüssigen Kathodenmetall kann aus der beschriebenen siliziumkarbidhaltigen Stampfmasse hergestellt werden, wenn beispielsweise besonderer Wert auf die Unterdrückung von Nebenströmen (Streuströmen) gelegt wird.

Es ist zu bemerken, dass die nach dem Verfahren des Stammpatentes hergestellten Wandungen, im Gegensatz zu Kohlewandungen, vom Schmelzflusselektrolyten nicht imprägniert werden, was unter anderem zu einem geringeren Elektrolytverbrauch führt.

Beim Betrieb der Zellen mit Wandungen aus der siliziumkarbidhaltigen Stampfmasse hat es sich gezeigt, dass der obere Rand der Wandauskleidung unter Einwirkung von Elektrolytspritzern und von Luftsauerstoff unter ungünstigen Umständen ein wenig angegriffen wird, wodurch Siliziumoxyd, das die Siliziumkarbidteilchen in dünnster Schicht umhüllt, infolge Wegbrennen des Kohlenstoffes freigelegt wird und in den Ofenfluss gelangen und dadurch einen leichten Anstieg des Siliziumgehaltes des Kathodenmetalles verursachen kann. Diese Gefahr wird durch Anordnen einer Schicht aus herkömmlicher Kunstkohlestampfmasse auf dem oberen Rand der Wandauskleidung beseitigt. Diese Schicht aus herkömmlicher Kunstkohlestampfmasse lässt sich ihrerseits durch ein Eisenblech schützen, das in geeigneter Weise verankert ist.

Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel. Sie zeigt schematisch im Längsschnitt eine Aluminiumelektrolysezelle 1 mit vorgebackener Kohleanode 2, feuerfester Auskleidung 9 aus Schamottesteinen, Kohleboden 3, Wandauskleidung 4 aus der neuen, gemäss dem Stammpatent aus Siliziumkarbidpulver, Kokspulver und Pech hergestellten Stampfmasse mit einer Schicht 5 aus gewöhnlicher Kunstkohlestampfmasse ohne Karbidzusatz und stabförmigen Stromzuführungselementen 10 aus Hartmetall. 7 ist ein Eisenblechdeckel, der die Kunstkohlemasse 5 schützt. Mit 8 ist die flüssige, kathodische Aluminiumschicht, mit 11 der geschmolzene Kryolithelektrolyt und mit 12 die Tonerdedecke bezeichnet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE : 1. Kathodenwanne einer Zelle für die Herstellung von Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse nach Patent Nr. 224347, deren Wandauskleidung aus einer gestampften Masse aus 40-85% Siliziumkarbidpulver, 45-7 ja Kokspulver und 15 - 8go Pech hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie für die Zuführung des Stromes zum flüssigen Kathodenmetall mit Stromzuführungselementen aus Hartmetall ausgerüstet ist.

2. Wanne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromzuführungselemente waagrecht oder nahezu waagrecht in den Seitenwänden der Kathodenwanne angeordnet sind.

3. Wanne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromzuführungselemente stabförmig sind.