CH115749A - Process for the electrolytic production of aluminum. - Google Patents

Process for the electrolytic production of aluminum.

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CH115749A
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America Aluminium Company Of
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Aluminum Co Of America
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  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Description

  

  Procédé pour la production électrolytique d'aluminium.    La présente invention se rapporte     â    un  procédé pour la production d'aluminium  métallique par réduction électrolytique d'alu  mine (oxyde d'aluminium, A1 0<B>)</B>; comme  dans le procédé Hall actuellement d'un  emploi étendu dans les Etats-Unis     d'Amérique     et dans d'autres pays. Dans les procédés de  ce genre, l'alumine est     réduite    dans un bain  fondu ou électrolyte consistant essentielle  ment en     fluorures    d'aluminium et de sodium,  et la pureté du métal obtenu dépend, parmi  d'autres choses, de la pureté du bain et de  l'alumine.

   II est par conséquent impossible  d'utiliser de l'alumine brute, si l'on désire  obtenir un produit commercialement pur, et  il a été de pratique universelle d'obtenir  l'alumine pure nécessaire par le traitement  chimique de la bauxite, en produisant de  l'hydrate d'aluminium, qui est ensuite dès  hydraté par calcination. Des .essais ont été  faits,     certains    d'entre eux avec un grand  soin, en vue d'utiliser dans le procédé Hall  de l'alumine obtenue en réduisant les autres       oxç-de.,    tels que par exemple les oxydes de    fer, de     titanium    et de silicium, que l'on  trouve habituellement associés avec des  composés d'aluminium dans la nature, et  séparant les métaux formés.

   On a obtenu  un produit possédant apparemment une  pureté suffisante, mais, lorsqu'on l'a utilisé  dans les cuves d'électrolyse, le procédé de  réduction électrolytique devenait rapidement  irréalisable en pratique â un degré tel que les  cuves d'électrolyse devaient être mises hors  fonctionnement.     L'effet    principal pouvant être  observé était une élévation prononcée de la  température, atteignant rapidement un point  auquel la cuve d'électrolyse rie fonctionnait  plus. La cause de cet inconvénient n'était  pas connue, mais on supposait qu'elle résidait  dans la présence de faibles quantités de       titanium    dans l'alumine, que l'on supposait  faire épaissir le bain et le faire devenir pâteux.  



  Les     inventeurs    ont constaté que l'alumine  produite par la méthode de réduction     électro-          thermique    possède une densité plus grande  que celle obtenue par la méthode habituelle  par voie     chimique.    Si les deux ont la même      pureté, elles ont toutes deux la même densité  lorsqu'elles sont fondues, à savoir environ  3,84 grammes par centimètre cube, ce qui  est une densité considérablement plus     grande     que celle de l'aluminium fondu ou du bain  de cryolite habituellement employé dans le  procédé Hall. La densité apparemment plus  faible de l'alumine produite par la méthode  chimique est due à la nature physique des  particules.

   Celles-ci paraissent être poreuses,  probablement par suite du dégagement de  l'eau de cristallisation lors de la calcination  de l'hydrate     d'aluminium,    laissant ainsi les  particules -poreuses jusqu'à     titi    degré corres  pondant, au moins     grossièrement,    à la quan  tité d'eau dégagée. Il a également été observé  que la dissolution de l'alumine dans le bain  de cryolite fondue n'est pas aussi rapide qu'on  l'avait cru, et par suite que l'addition des  particules d'alumine dans le bain n'était pas  toujours     suivie    par une dissolution     immédiate     de celles-ci.

   Ainsi, les     .particules    pourraient  peut être rester non dissoutes     pendant    un  temps     suffisamment    long pour que certaines  d'entre elles puissent     s'unir    pour former des  particules ou ruasses plus grandes. Dans l'un  ou l'autre cas, le temps nécessaire pour la  dissolution pourrait permettre aux particules  non dissoutes de tomber à travers le bain  jusqu'à l'aluminium fondu, formant cathode,  disposé par-dessous, et ensuite continuer à  descendre à travers l'aluminium jusqu'au fond  de la cuve d'électrolyse.

   Si tel était le cas,  l'accumulation résultante d'alumine     en-dessous     (le l'aluminium accroîtrait la résistance au  passage du courant entre l'aluminium et le  fond en carbone de la cuve d'électrolyse.  Ceci augmenterait non seulement la tempé  rature du contenu de la cuve, mais pourrait  également provoquer la formation de carbure  d'aluminium, ce qui contaminerait le bain et  rendrait difficile, pour d'autres raisons, le  fonctionnement de la cuve.  



  Pour éviter que ceci se produise, confor  mément à l'invention, on pulvérise finement  l'alumine et on l'ajoute peu à peu dans le  bain de façon à permettre aux particules  d'alumine de rester cri suspension dans le    bain en fusion jusqu'à ce qu'elles soient  dissoutes. On a constaté que la présence  inévitable ou difficilement évitable de faibles  quantités des impuretés habituelles, à savoir  les oxydes de fer et de     titanium    et la silice,  ou de certaines de ces impuretés, n'est pas       préjudiciable.     



  Il a été     constaté    que si de. l'alumine,  solidifiée     'à    partir de l'état fondu et contenant  les impuretés mentionnées, est broyée si  finement que toutes les particules     puissent     passer à travers     titi-        tamis    ayant approxima  tivement 34 mailles par, centimètre, cette  alumine peut être utilisée dans le procédé  selon l'invention.

   Lorsqu'on utilise des parti  cules d'une telle finesse, le fonctionnement       convenable    de la cuve d'électrolyse n'est pas       gêné,    la     température    peut être maintenue  dans les limites nécessaires, et on n'observe  aucune formation sensible de carbure d'alu  minium. On peut, si on le désire, mélanger  l'alumine     finement    broyée avec plus ou moins  d'alumine ordinaire calcinée. L'avantage de  ce mode     opératoire    a pour résultat de dimi  nuer la concentration des     impuretés    dans le  bain et par     conséquent    le dépôt de celles-ci  à la cathode.  



  L'alumine peut être obtenue à partir de  bauxite ou autre matière à base d'alumine  rencontrée dans la nature, par toute méthode  appropriée. L'alumine peut être broyée ou  être autrement finement divisée par un moyen  quelconque, comme par exemple     titi    broyeur  à boulets. L'électrolyse peut être réalisée,  de la manière habituelle, dans une cuve ou  élément électrolytique Hall du type habituel,  en utilisant des anodes en carbone.  



  Le broyage de l'alumine est de préférence  poussé     suffisamment    loin pour être certain  que sensiblement toutes les particules seront  assez fines pour pouvoir passer à travers un       tamis    à 34 mailles, ou un tamis dont les  maillés ne sont pas     beaucoup    plus grossières.  En tout cas, l'alumine broyée ou finement  divisée sera     suffisamment    fine pour être  maintenue en suspension dans les conditions  d'ébullition et de     circulation    rencontrées dans  l'électrolyte, de sorte que les particules ne      dissoudront dans le bain avant qu'elles aient  eu le temps de tomber     jusqu'au    fond de la  clive.

   L'agitation et la circulation du contenu  de la cave sont dues au dégagement d'oxyde  de carbone ou     d'anhyd-rïde    carbonique aux  anodes en carbone et aux effets électromagné  tiques du champ,     effets    produits par le cou  rant dans les barres collectrices et autres  parties adjacentes du circuit extérieur, sur  l'électrolyte et l'aluminium qui, étant à  l'état fondu, sont en réalité composés de  conducteurs mobiles. Comme ces facteurs  varient, il peut être possible d'utiliser une  matière broyée beaucoup plus grossièrement  qu'à une finesse de 34 mailles, ou bien au  contraire il peut être avantageux de broyer  la matière encore plus finement, comme on  le comprendra facilement.

   II n'y a pas lieu  de croire qu'on ne doit laisser tomber absolu  ment aucune particule de matière jusqu'au  fond de la cuve. Une faible quantité ne  cause ordinairement pas grand mal, l'accroisse  ment résultant de température, s'il s'en  produit, étant relativement trop faible pour  pouvoir affecter sérieusement le fonctionne  ment de la cuve d'électrolyse.  



  Au fur et à mesure que l'électrolyse  avance, on introduit de l'alumine addition  nelle finement divisée dans la cuve, de temps    en temps ou d'une manière plus ou moins  continue, de préférence en des     quantités     suffisantes pour empêcher l'appauvrissement  du bain.



  Process for the electrolytic production of aluminum. The present invention relates to a process for the production of metallic aluminum by electrolytic reduction of alumina (aluminum oxide, Al 0 <B>) </B>; as in the Hall process now widely used in the United States of America and other countries. In such processes, the alumina is reduced in a molten bath or electrolyte consisting essentially of aluminum and sodium fluorides, and the purity of the metal obtained depends, among other things, on the purity of the bath and alumina.

   It is therefore impossible to use crude alumina, if a commercially pure product is desired, and it has been a universal practice to obtain the pure alumina required by the chemical treatment of bauxite, producing aluminum hydrate, which is then hydrated by calcination. Tests have been made, some of them with great care, with a view to using in the Hall process alumina obtained by reducing the other oxides, such as for example the oxides of iron, of titanium and silicon, which are commonly found associated with aluminum compounds in nature, and separate the metals formed.

   A product apparently of sufficient purity was obtained, but when used in electrolytic cells, the electrolytic reduction process quickly became impractical in practice to such an extent that electrolytic cells had to be put into practice. out of operation. The main effect that could be observed was a pronounced rise in temperature, quickly reaching a point at which the electrolytic cell was no longer functioning. The cause of this inconvenience was not known, but it was believed to be the presence of small amounts of titanium in the alumina, which was supposed to thicken the bath and make it pasty.



  The inventors have found that the alumina produced by the electro-thermal reduction method has a greater density than that obtained by the usual chemical method. While both are of the same purity, they both have the same specific gravity when melted, namely about 3.84 grams per cubic centimeter, which is a considerably greater density than that of molten aluminum or the bath. of cryolite usually used in the Hall process. The apparently lower density of alumina produced by the chemical method is due to the physical nature of the particles.

   These appear to be porous, probably as a result of the evolution of water of crystallization during the calcination of the aluminum hydrate, thus leaving the particles -porous to a degree corresponding, at least roughly, to the size. quan tity of water released. It has also been observed that the dissolution of the alumina in the molten cryolite bath is not as rapid as had been believed, and therefore the addition of the alumina particles to the bath was not not always followed by an immediate dissolution of these.

   Thus, the particles could perhaps remain undissolved for a time long enough that some of them could unite to form larger particles or masses. In either case, the time required for dissolution could allow the undissolved particles to fall through the bath to the molten aluminum, forming the cathode, disposed below, and then continue to descend to. through the aluminum to the bottom of the electrolytic cell.

   If this were the case, the resulting buildup of alumina below (the aluminum would increase the resistance to current flow between the aluminum and the carbon bottom of the electrolytic cell. This would not only increase the temperature. may erase the contents of the tank, but could also cause the formation of aluminum carbide, which would contaminate the bath and make it difficult for other reasons to operate the tank.



  In order to prevent this from happening, in accordance with the invention, the alumina is finely pulverized and gradually added to the bath so as to allow the alumina particles to remain suspended in the molten bath until 'until they are dissolved. It has been found that the unavoidable or difficult to avoid presence of small amounts of the usual impurities, namely the oxides of iron and titanium and silica, or of some of these impurities, is not detrimental.



  It was found that if from. the alumina, solidified from the molten state and containing the mentioned impurities, is ground so finely that all the particles can pass through a screen having approximately 34 meshes per centimeter, this alumina can be used in the method according to the invention.

   When using particles of such fineness, the proper functioning of the electrolytic cell is not hampered, the temperature can be kept within the necessary limits, and no appreciable formation of carbon dioxide is observed. aluminum. If desired, the finely ground alumina can be mixed with more or less calcined ordinary alumina. The advantage of this procedure results in decreasing the concentration of impurities in the bath and consequently the deposition of these at the cathode.



  Alumina can be obtained from bauxite or other alumina-based material encountered in nature, by any suitable method. The alumina can be ground or otherwise finely divided by any means, such as, for example, a ball mill. The electrolysis can be carried out, in the usual way, in a cell or Hall electrolytic element of the usual type, using carbon anodes.



  The grinding of the alumina is preferably carried out far enough to be certain that substantially all of the particles will be fine enough to pass through a 34 mesh sieve, or a sieve with not much coarser mesh. In any case, the ground or finely divided alumina will be fine enough to be kept in suspension under the boiling and circulating conditions encountered in the electrolyte, so that the particles will not dissolve in the bath before they have had. time to fall to the bottom of the clive.

   The agitation and circulation of the contents of the cellar are due to the release of carbon monoxide or carbon dioxide from the carbon anodes and to the electromagnetic effects of the field, effects produced by the current in the bus bars and other adjacent parts of the external circuit, on the electrolyte and the aluminum which, being in the molten state, are in reality composed of moving conductors. As these factors vary, it may be possible to use a material much coarser than a 34 mesh fineness, or on the contrary it may be advantageous to grind the material even more finely, as will be readily understood.

   There is no reason to believe that absolutely no particle of matter should be dropped to the bottom of the vessel. A small amount usually does not cause great harm, the resulting increase in temperature, if any, being relatively too small to seriously affect the operation of the electrolytic cell.



  As the electrolysis proceeds, additional finely divided alumina is introduced into the vessel from time to time or in a more or less continuous manner, preferably in amounts sufficient to prevent depletion. of the bath.

 

Claims (1)

REVENDICATION Procédé pour la production d'aluminium métallique par réduction électrolytique d'alu mine " dans un bain en fusion contenant des fluorures de sodium et d'aluminium, carac térisé par le fait que l'alumine, solidifiée à partir de l'état fondu, est ajoutée peu à peu dans<B>lé</B> bain après avoir été finement divisée en particules d'une finesse permettant sen siblement à la totalité de celles-ci de rester en suspension dans le bain en fusion jusqu'à ce qu'elles soient dissoutes. CLAIM Process for the production of metallic aluminum by electrolytic reduction of alumina "in a molten bath containing fluorides of sodium and aluminum, characterized in that the alumina, solidified from the molten state , is added little by little to the <B> the </B> bath after having been finely divided into particles of a fineness allowing all of them to remain in suspension in the molten bath until that they be dissolved. SOUS-REVENDICATION Procédé de production d'aluminium métal lique suivant la revendication, caractérisé par le fait que l'alumine ajoutée dans le bain est divisée érr particules d'une finesse leur permettant de passer par un tamis à 34 mailles-par centimètre approximativement. SUB-CLAIM Process for the production of metallic aluminum according to claim, characterized in that the alumina added to the bath is divided into particles of a fineness allowing them to pass through a sieve at approximately 34 meshes per centimeter.
CH115749D 1924-04-10 1925-03-19 Process for the electrolytic production of aluminum. CH115749A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2593741A (en) * 1943-07-17 1952-04-22 Ferrand Louis Process for the electrolytic production of aluminum

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2593741A (en) * 1943-07-17 1952-04-22 Ferrand Louis Process for the electrolytic production of aluminum

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