Einrichtung zur Herstellung von Aluminium durch Schmelzfluielektrolyse. Die Erfindung betrifft eine Einrichtung mit mehreren in Reihe geschalteten Zellen zur Herstellung von Aluminium durch Selimelzflusselektrolyse und bezweckt eine wesentliche Herabsetzung des Stromverbrau ches durch Beseitigung unwirtschaftlicher Spannungsabfälle.
Die Einrichtung . gemäss der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass mit Aus nahme einer Endzelle das flüssige Alumi nium einer jeden Zelle mit -der gohlenanode der in Reihe geschalteten Nachbarzelle in direkter, elektrisch leitender Berührung steht.
Auf der beiliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegen standes veranschaulicht.
Fig. 1 zeigt die Einrichtung in schema tischem Längsschnitt und Fig. 2 einen I3orizantalschnitt gemäss der Linie II-II in Fig. 1.
Die Erzeugung des Aluminiums erfolgt derzeit meist in Öfen, die aus einer mit Kohle -gefütterten Wanne bestehen. In dem Kohlenfutter der Wanne ist eine als Ka thode geschaltete metallische Elektrode ein gebettet. Diese ist durch ausserhalb der Öfen geführte 1VIetallschienen beträchtlicher Länge mit der in das .Schmelzbad tauchenden Koh- lenanode des nächsten Ofens, mittels in der Kohle eingebetteter Metalldornen, elektrisch leitend verbunden.
Bei dieser Einrichtung entstehen, ausser der für die Elektrolyse er- forderlichen Nutzspannung von etwa 2,52V, beispielsweise noch nachstehende Spannungs abfälle, die zu Stromverlusten führen:
EMI0001.0031
a,) <SEP> Innerhalb <SEP> der <SEP> gohlenano,de
<tb> zwischen <SEP> der <SEP> eingebetteten <SEP> Strom zuleitung <SEP> bis <SEP> zur <SEP> Berührungsfläche
<tb> mit <SEP> dem <SEP> Schmelzbad, <SEP> die <SEP> Kühlver luste <SEP> dieses <SEP> Teils <SEP> der <SEP> Anode <SEP> inbe griffen: <SEP> 1,11 <SEP> V
<tb> b) <SEP> Infolge <SEP> des <SEP> Übergangswider standes <SEP> zwischen <SEP> Anodenkohle <SEP> und
<tb> den <SEP> eingebetteten,Stromzuleitungen: <SEP> 0,40 <SEP> V
<tb> c) <SEP> In <SEP> diesen <SEP> Stromzuleitungen
<tb> und <SEP> in <SEP> der <SEP> zur <SEP> B,oidenelektrode <SEP> des
<tb> Nachbarofens <SEP> führenden <SEP> Leiteng: <SEP> 0,52 <SEP> V
<tb> d) <SEP> In <SEP> der <SEP> Boidenelektroodo <SEP> selbst:
<SEP> 0,45 <SEP> V
<tb> e) <SEP> Infolge <SEP> des <SEP> Übergangswider standes <SEP> zwisichen <SEP> der <SEP> Bodenelektroide
<tb> und <SEP> dem <SEP> Kohlenfutter <SEP> sowie <SEP> des
<tb> mittleren <SEP> Widerstandes <SEP> .des <SEP> Kohlen futters <SEP> bis <SEP> in <SEP> die <SEP> erschmolzene <SEP> Alu miniumschicht: <SEP> 0,<U>80</U> <SEP> V
<tb> Zusammen: <SEP> 3,28 <SEP> V
<tb> Hierzu <SEP> die <SEP> Nutzspannung: <SEP> <U>2</U>,<U>5</U>2 <SEP> V
<tb> Der <SEP> volle <SEP> Spanuungsahfall
<tb> einer <SEP> Zelle <SEP> ist <SEP> somit: <SEP> <U>5,</U>80 <SEP> V Das Verhältnis der Nutzspannung zur ganzen Zellenspannung, also der Wirkungs grad de!s Strornverbraruches, beträgt bloss etwa 43 %.
Bei Anwendung. vorliegender Erfindung können nun die .Spannungsabfälle im Koh lenfutter des Ofens., in !den in der Kohlen anode eingebetteten .Stromzuleitungen, fer ner in. den äussern Verbindungsleitungen ver mieden, werden, wobei die verbleibenden Spaunungsa#bfälle auf 0,54 V vermindert werden können.
Infolgedessen beträgt \die ,ganze Zellenspannung, =die Nutzsrpannung- von 2,52 V inbegriffen, nur 3,06 V, was einem Wirkungsgrad von etwa<B>82%</B> ent spricht; Die Zeichnung stellt drei hintereinander geschaltete Zellen dar; in der Praxis sind aber meistens mindestens 40 Zellen in Reihe geschaltet.
1 sind die Wannen der Zellen, die mit einem, dem Schmelzbad: widerstehenden Fut ter, z. B. aus Kohle, ausgerüstet sind. 19 ist die erschmolzene Aluminiumschicht, über der der geschmolzene Elektrolyt 20, eine Kryolith-Tonerdemischung; schwimmt. In diese letztere tauchen die Kohlenanoden 3, 8 und 10.
Die erste Anode 10 bzw. die Ka thode 3a sind in üblicher Weise durch feste ,Stromanschlüsse mittels -der Stromzuleitun- gen 13 bzw. 14 an die 8tromquelle 12 an geschlossen. Eine jede Wanne besitzt eine seitliche Erweiterung, in- die sich das zwei- schichtige. Schmelzbad erstreckt.
Der Boden dieser Erweiterung ist zum Durchtritt der Anode der nächsten Zelle durchbrochen, so ,dass die durch diese Bodenöffnung durch geführte Anode in,das Schmelzband der näch sten Zelle tauchen. kann.
Der Spalt an der Durchtrittsstelle der gohlenanode im Boden der Erweiterung .muss in beliebiger geeigneter Weise abge dichtet werden, um den Durchtritt des ge i schmolzenen Aluminiums möglichst zu ver mindern oder gänzlich zu verhindern.
Der ,Ström tritt also aus dem, geschmol zenen Aluminium 19 der ersten Zelle un- mittelbar in die Kohlenanode 8 der nächsten ,Zelle ein, wobei der Kontakt zwischen dem flüssigen Metall und der Kohlenanode so vollkommen und die Berührungsfläche so gross ist, dass der Spannungsabfall an dieser Stelle im Gegensatz zu 0,4V (bei eingebette- ten festen Zuführungen)
bei der neuen Ein richtung bloss 0,12 V betragen wird. Wegen der höheren Temperatur, auf der die Anoden gehalten werden können, vermindert sieh der Spannungsabfall in den letzteren von 1,11 auf 0,17 V.
Während der Spannungsabfall in den äussern langen Metallumleitungen 0,52 V be trägt, ist diese innerhalb der Erweiterung nur 0,25 V. Aus diesen drei Spannungsab- fällen 0;17 -I- 0,12 + 0,25 = 0,54 V mit der Nutzspannung von 2,52 V ergeben sich ins gesamt 3,06 V als Zellenspannung im Gegen satz zu der eingangs angegebenen Zellen spannung von 5,8 V der derzeitigen Ofen.