CH649102A5 - ELECTROLYTIC CELL FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION OF ALUMINUM. - Google Patents

ELECTROLYTIC CELL FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION OF ALUMINUM. Download PDF

Info

Publication number
CH649102A5
CH649102A5 CH2825/80A CH282580A CH649102A5 CH 649102 A5 CH649102 A5 CH 649102A5 CH 2825/80 A CH2825/80 A CH 2825/80A CH 282580 A CH282580 A CH 282580A CH 649102 A5 CH649102 A5 CH 649102A5
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
anode
aluminum
cathode
cell
cell according
Prior art date
Application number
CH2825/80A
Other languages
French (fr)
Inventor
James C Withers
Gary V Upperman
Original Assignee
Metallurg Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US06/062,135 external-priority patent/US4338177A/en
Priority claimed from US06/118,972 external-priority patent/US4342637A/en
Application filed by Metallurg Inc filed Critical Metallurg Inc
Publication of CH649102A5 publication Critical patent/CH649102A5/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
    • C25C3/08Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
    • C25C3/12Anodes
    • C25C3/125Anodes based on carbon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

La présente invention concerne une cellule électrolytique pour la production électrolytique d'aluminium. La cellule selon l'invention est définie par la revendication 1. L'invention va être décrite plus en détail sous des formes d'exécution qui servent d'exemples et en se référant à des figures. The present invention relates to an electrolytic cell for the electrolytic production of aluminum. The cell according to the invention is defined by claim 1. The invention will be described in more detail in embodiments which serve as examples and with reference to figures.

La fig. 1 est une vue schématique en Coupe de la cellule électrolytique de la présente invention contenant un bain de chlorure et illustrant le dessus fermé de la cellule ainsi que le positionnement relatif des électrodes. Fig. 1 is a schematic sectional view of the electrolytic cell of the present invention containing a chloride bath and illustrating the closed top of the cell as well as the relative positioning of the electrodes.

La fig. 2 est une vue schématique partiellement cassée d'une électrode utilisée comme anode et étant revêtue ou enrobée avec le mélange de matériaux alumineux et d'agent de réduction. Fig. 2 is a partially broken diagrammatic view of an electrode used as an anode and being coated or coated with the mixture of aluminous materials and reducing agent.

La fig. 2A est une vue schématique en perspective d'un mode alternatif de réalisation de l'électrode de la fig. 2 illustrant une pluralité de noyaux conducteurs dans une matrice de matériaux alumineux et d'agent de réduction. Fig. 2A is a schematic perspective view of an alternative embodiment of the electrode of FIG. 2 illustrating a plurality of conductive cores in a matrix of aluminous materials and of reducing agent.

La fig. 2B est une vue schématique en perspective d'une variation de l'électrode illustrée dans la fig. 2A. Fig. 2B is a schematic perspective view of a variation of the electrode illustrated in FIG. 2A.

La fig. 3 est une vue schématique d'un mode de réalisation de la présente invention qui illustre l'utilisation d'une membrane poreuse pour retenir les différents matériaux anodiques comprenant un matériau contenant de l'aluminium et un agent de réduction. Fig. 3 is a schematic view of an embodiment of the present invention which illustrates the use of a porous membrane for retaining the various anode materials comprising a material containing aluminum and a reducing agent.

La fig. 4 est une vue en coupe schématique d'une combinaison de cellules électrolytiques avec des électrodes à parois latérales inclinées et l'anode composite de forme complémentaire. Fig. 4 is a schematic sectional view of a combination of electrolytic cells with electrodes with inclined side walls and the composite anode of complementary shape.

La fig. 5 est une vue schématique en coupe d'une modification de la combinaison unique cellule électrolytique et anode composite. Fig. 5 is a schematic sectional view of a modification of the combination of a single electrolytic cell and a composite anode.

La fig. 6 est une illustration en perspective de l'anode de la fig. 5. Fig. 6 is a perspective illustration of the anode of FIG. 5.

La fig. 7 est une vue en coupe schématique d'un autre mode de réalisation de la combinaison de la fig. 5. Fig. 7 is a schematic sectional view of another embodiment of the combination of FIG. 5.

La fig. 8 est une illustration en perspective de l'anode de la fig. 7. Fig. 8 is a perspective illustration of the anode of FIG. 7.

La fig. 9 est une vue en perspective schématique d'un autre mode de réalisation de l'anode composite de la présente invention illustrant une construction laminaire. Fig. 9 is a schematic perspective view of another embodiment of the composite anode of the present invention illustrating a laminar construction.

La fig. 10 est aussi une vue schématique en perspective de l'anode de la fig. 9. Fig. 10 is also a schematic perspective view of the anode of FIG. 9.

Le système électrolytique de la présente invention utilise une cellule électrolytique C décrite dans l'une des figures pour la production unique en continu d'aluminium. The electrolytic system of the present invention uses an electrolytic cell C described in one of the figures for the single continuous production of aluminum.

Dans les fig. 1 à 3, une forme de la structure de la cellule électrolytique est illustrée généralement en 10 et elle se compose d'une coquille externe en acier ayant une doublure réfractaire 14 qui peut servir uniquement d'isolant thermique ou à la fois d'isolant et d'électrode. La doublure réfractaire peut être faite d'un matériau quelconque résistant à l'action du bain électrolytique en fusion 16. La doublure réfractaire ayant des côtés verticaux conventionnels 15 et un fond 17 est conçue pour maintenir l'équilibre thermique désiré dans le fonctionnement de la cellule et par conséquent peut avoir une section très mince de manière à obtenir un gradient thermique petit d'où il résulte à la fois une couche mince d'un sel congelé sur la surface de la doublure réfractaire et une paroi externe chaude sur la surface de la coquille en acier 12. La doublure réfracatire peut aussi être très épaisse pour obenir une couche congelée de sel dans la doublure réfractaire résultant en une surface froide sur la coquille en acier, bien que cela ne soit pas nécessaire dans la cellule à parois latérales verticales des fig. 1 à 3. Par contraste, dans la cellule à parois inclinées de la fig. 4 la cathode 19 est une doublure conductrice formée sur les deux côtés de l'anode. Une doublure isolante thermique et électrique peut être disposée entre la cathode 19 et la coquille 12 si on le désire. La ligne de congélation devrait se trouver dans les In fig. 1 to 3, a shape of the structure of the electrolytic cell is illustrated generally in 10 and it consists of an external steel shell having a refractory lining 14 which can serve only as thermal insulator or at the same time as insulator and electrode. The refractory lining can be made of any material resistant to the action of the electrolytic bath 16. The refractory lining having conventional vertical sides 15 and a bottom 17 is designed to maintain the desired thermal balance in the operation of the cell and therefore may have a very thin section so as to obtain a small thermal gradient from which there results both a thin layer of a frozen salt on the surface of the refractory lining and a hot outer wall on the surface of the steel shell 12. The refractory lining can also be very thick to obtain a frozen layer of salt in the refractory lining resulting in a cold surface on the steel shell, although this is not necessary in the cell with vertical side walls of figs. 1 to 3. In contrast, in the cell with inclined walls of FIG. 4 the cathode 19 is a conductive lining formed on both sides of the anode. A thermal and electrical insulating liner may be disposed between the cathode 19 and the shell 12 if desired. The freezing line should be within

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3

649 102 649 102

limites de cette doublure conductrice ou cathode 19 de manière à éviter la récupération d'une couche solide de sel du côté du bain des électrodes. Une telle couche de sel agirait comme isolant électrique et empêcherait un passage efficace du courant. limits of this conductive lining or cathode 19 so as to avoid the recovery of a solid layer of salt from the side of the electrode bath. Such a layer of salt would act as an electrical insulator and prevent efficient flow of current.

Le couvercle 18 est prévu sur le haut de la cellule pour obtenir une fermeture étanche à l'air et elle est seulement nécessaire dans un bain contenant du chlorure. Ce couvercle évite ainsi que de l'air et de l'humidité ne s'infiltrent dans la cellule ou que des vapeurs de la composition de sel 16 ne fuient vers l'extérieur pour réagir avec le milieu ambiant. Le couvercle 18 peut être doublé avec le matériau réfractaire 20 qui peut être le même que la doublure réfractaire 14 ou tout autre matériau réfractaire pouvant maintenir un équilibre de la température dans la cellule tout en étant chimiquement inerte à la composition de sel 16. Des joints d'étanchéité 22 sont supportés sur le couvercle 18 et sont fixés contre les électrodes 24,25 et 26 pour empêcher l'air atmosphérique et l'humidité de s'infiltrer dans la cellule ou les vapeurs de la cellule de sortir vers le milieu ambiant. L'étanchéité du couvercle 18 et autour des électrodes peut être effectuée par des moyens quelconques qui empêchent les fuites de vapeur et qui peuvent être une fourrure et un joint standard ou conventionnel capable de supporter la température de fonctionnement, tout en résistant aux vapeurs de l'électrolyte. Des matériaux acceptables pour un tel joint sont par exemple l'amiante, les céramiques fibreuses, le Téflon, le Vitron, les siliciums, les joints de métal liquide tel que le mercure, la soudure liquide, l'étain, le plomb, etc. The cover 18 is provided on the top of the cell to obtain an airtight seal and is only necessary in a bath containing chloride. This cover thus prevents air and moisture from infiltrating the cell or vapors of the salt composition 16 from leaking out to react with the ambient medium. The cover 18 can be lined with the refractory material 20 which can be the same as the refractory lining 14 or any other refractory material which can maintain a temperature balance in the cell while being chemically inert to the salt composition 16. Joints sealing 22 are supported on the cover 18 and are fixed against the electrodes 24, 25 and 26 to prevent atmospheric air and humidity from infiltrating into the cell or the vapors of the cell from leaving towards the ambient medium . The sealing of the cover 18 and around the electrodes can be carried out by any means which prevent steam leaks and which can be a fur and a standard or conventional seal capable of withstanding the operating temperature, while resisting the vapors of the 'electrolyte. Acceptable materials for such a seal are, for example, asbestos, fibrous ceramics, Teflon, Vitron, silicon, liquid metal seals such as mercury, liquid solder, tin, lead, etc.

Les électrodes 24, 25 et 26 peuvent être des anodes, des cathodes ou des électrodes bipolaires. Elles peuvent inclure des conducteurs solides ou enrobés pour transporter le courant électrique pour l'opération ou le fonctionnement de la cellule. Ces conducteurs peuvent être faits avec un matériau quelconque qui puisse supporter la température dans la cellule qui est de l'ordre de 150 à 1060°C, être stables à la composition d'halogénures 16 et être de bons conducteurs électriques. Des matériaux utiles à cet effet sont le carbone, le graphite, les carbures, les nitrures ou les borures de titane et le métal d'aluminium dimensionnés de manière appropriée pour l'équilibre du transfert de chaleur. Les matériaux préférés pour ces conducteurs se sont révélés être le graphite et le diborure de titane en fonctionnement dans le mode bipolaire. The electrodes 24, 25 and 26 can be anodes, cathodes or bipolar electrodes. They may include solid or coated conductors to transport electrical current for the operation or the operation of the cell. These conductors can be made of any material which can withstand the temperature in the cell which is of the order of 150 to 1060 ° C., be stable to the composition of halides 16 and be good electrical conductors. Materials useful for this purpose are carbon, graphite, carbides, nitrides or borides of titanium and aluminum metal suitably sized for the balance of heat transfer. The preferred materials for these conductors have been found to be graphite and titanium diboride in operation in the bipolar mode.

La cellule en cycle de chlorure d'aluminium comprend aussi un tuyau de descente ou tube de sortie 28 ayant une soupape 30 pour commander le débit d'éléments gazeux quelconques provenant du tuyau de descente et pour maintenir la pression dans la cellule pour un fonctionnement en continu. Les vapeurs de gaz émanant de la cellule sont celles de l'agent de réduction oxydé et en particulier il n'y a pas de gaz de chlore détectés à partir d'un sel contenant du chlorure d'aluminium. Si du chlore venait à se produire il réagirait sur l'anode 26 et serait recyclé comme chlorure d'aluminium. L'aluminium en fusion 32 est vidangé par un trou de coulée conventionnel 34 ou autrement est aspiré vers l'extérieur par des techniques de siphonnement traditionnelles bien connues dans l'art. The aluminum chloride cycle cell also includes a down pipe or outlet tube 28 having a valve 30 for controlling the flow of any gaseous elements from the down pipe and for maintaining pressure in the cell for operation in continued. The gas vapors emanating from the cell are those of the oxidized reducing agent and in particular there is no chlorine gas detected from a salt containing aluminum chloride. If chlorine were to occur, it would react on anode 26 and be recycled as aluminum chloride. The molten aluminum 32 is drained through a conventional tap hole 34 or otherwise is sucked outward by traditional siphoning techniques well known in the art.

Au lieu de changer les anodes périodiquement pour l'approvisionnement en matériaux alumineux frais, la présente invention peut adapter un mécanisme d'alimentation pour le fonctionnement en continu, comme illustré dans la fig. 3. Instead of changing the anodes periodically for the supply of fresh aluminous materials, the present invention can adapt a feeding mechanism for continuous operation, as illustrated in FIG. 3.

Une électrode anode 52 faisant saillie au travers de la cellule C de la fig. 3 pénètre profondément dans la fusion 16, mais reste au-dessus du bassin d'aluminium fondu d'aluminium 32 ou du bloc cathodique 46. Autour de l'anode 52 se trouvent des matériaux bruts anodiques, illustrés en général en R, comprenant le matériau alumineux et l'agent de réduction. Ce mélange anodique peut être formé en petites particules de dimension entre 25 um et plus de 2,5 cm et peuvent avoir été formées par extrusion, coulage ou autre et sont alimentées dans la cellule par la huche 54. Les particules de matériaux bruts de matériaux alumineux et d'agent de réduction sont identifiés de manière spécifique en 58 et sont en contact étroit avec l'anode 52 pour fournir la source nécessaire d'aluminium et l'agent de réduction. An anode electrode 52 projecting through cell C in FIG. 3 penetrates deep into the fusion 16, but remains above the basin of molten aluminum 32 or of the cathode block 46. Around the anode 52 are anode raw materials, generally illustrated in R, including the aluminous material and the reducing agent. This anodic mixture can be formed into small particles of dimension between 25 µm and more than 2.5 cm and can have been formed by extrusion, casting or other and are fed into the cell by the hutch 54. The particles of raw materials of materials aluminous and reducing agent are specifically identified at 58 and are in close contact with anode 52 to provide the necessary source of aluminum and the reducing agent.

Ces matériaux bruts anodiques sont tenus en contact étroit entre eux et avec l'anode 52 en étant retenus dans un récipient à membrane poreuse 60 qui entoure l'anode 52. Au fur et à mesure que les matériaux anodiques 58 sont utilisés et que leurs niveaux baissent sensiblement au-dessous du niveau du bain en fusion 16, on fait fonctionner l'alimentation 54 pour ajouter des matériaux anodiques supplémentaires 58 dans le récipient à membranes poreuses 60. These anode raw materials are kept in close contact with each other and with the anode 52 while being retained in a container with a porous membrane 60 which surrounds the anode 52. As the anode materials 58 are used and their levels drop appreciably below the level of the molten bath 16, the supply 54 is operated to add additional anode materials 58 to the container with porous membranes 60.

Dans les fig. 4 à 8, une cellule électrolytique à électrodes à parois inclinées est illustrée qui, en combinaison avec la composition anodique de la présente invention, donne des économies substantielles dans l'électrodépôt d'aluminium. In fig. 4 to 8, an electrolytic cell with inclined wall electrodes is illustrated which, in combination with the anode composition of the present invention, gives substantial savings in the electrodeposition of aluminum.

Dans les procédés avec cellules de Hall caractéristiques, les cellules de réduction d'aluminium présentent un espace anode-cathode qui doit prendre en considération l'effet du champ magnétique et la réaction de retour dus aux ondulations du bassin d'aluminium. De telles considérations empêchent d'avoir un espace plus petit que 1,5 à 2,0 in. entre la surface du fond de l'anode où toute l'érosion se produit et le haut du bassin d'aluminium ou électrode cathodique. Une autre raison aussi importante pour le besoin d'un plus grand espace entre la cathode et l'anode, que ce soit dans la construction des cellules de Hall utilisant des parois verticales ou dans toute autre construction utilisant une électrode à parois inclinées, est la difficulté sérieuse de maintenir une stabilité dimensionnelle, difficulté due aux températures élevées requises et aux sels agressifs qui sont nécessairement inclus pour maintenir une température élevée pour la dissolution de l'alumine. En combinant des cellules à électrodes inclinées et l'anode utilisant de l'oxyde d'aluminium et un agent de réduction pour obtenir la seule source d'aluminium, l'emploi de températures basses, juste au-dessus de la température de fusion de l'aluminium, réduit au minimum tous les problèmes concernant l'instabilité dimensionnelle et par conséquent permet aux cellules de la présente invention d'être structurées avec un plus petit espacement anode-ca-thode que celui atteint dans le passé. Ainsi, c'est la combinaison particulière de l'anode et des parois inclinées pour la construction de la cellule qui permet une chute de puissance IR plus basse dans le sel, due à l'espacement rapproché admissible entre les parois inclinées et la réduction en densité de courant anodique. In the processes with characteristic Hall cells, the aluminum reduction cells have an anode-cathode space which must take into account the effect of the magnetic field and the feedback reaction due to the undulations of the aluminum basin. Such considerations prevent having a space smaller than 1.5 to 2.0 in. between the bottom surface of the anode where all erosion occurs and the top of the aluminum basin or cathode electrode. Another equally important reason for the need for more space between the cathode and the anode, whether in the construction of Hall cells using vertical walls or in any other construction using an electrode with inclined walls, is the serious difficulty in maintaining dimensional stability, difficulty due to the high temperatures required and the aggressive salts which are necessarily included to maintain a high temperature for the dissolution of alumina. By combining cells with inclined electrodes and the anode using aluminum oxide and a reducing agent to obtain the only source of aluminum, the use of low temperatures, just above the melting temperature of aluminum minimizes all problems with dimensional instability and therefore allows the cells of the present invention to be structured with a smaller anode-to-method spacing than that achieved in the past. Thus, it is the particular combination of the anode and the inclined walls for the construction of the cell which allows a lower IR power drop in the salt, due to the close admissible spacing between the inclined walls and the reduction in anodic current density.

Les cellules des fig. 4 à 8 sont essentiellement identiques à celles décrites antérieurement sauf en ce qui concerne les surfaces inclinées formant les électrodes. Avec cette structure de cellules, l'anode 74 est pourvue de côtés en pente 76 qui, comme illustrés, sont externes et dirigés vers le bas et intérieurement, bien que la direction de l'angle ne soit pas du tout critique. La pente des côtés peut être dans n'importe quelle direction ou n'importe quel angle à partir du niveau du bain B. L'angle peut même varier de 10 à 80° ou plus à partir du niveau du bain. Par l'intermédiaire du fond anodique d'électrodes à côtés en pente et de cette portion du côté anodique en pente qui est immergé dans le bain 16, l'anode subira une érosion sur une plus grande surface et fournira l'aluminium pour son dépôt final sur la cathode. The cells of fig. 4 to 8 are essentially identical to those described previously except for the inclined surfaces forming the electrodes. With this cell structure, the anode 74 is provided with sloping sides 76 which, as illustrated, are external and directed downward and inwardly, although the direction of the angle is not at all critical. The slope of the sides can be in any direction or any angle from the level of the bath B. The angle can even vary from 10 to 80 ° or more from the level of the bath. Via the anode base of sloping side electrodes and this portion of the sloping anode side which is immersed in the bath 16, the anode will undergo erosion over a larger area and supply the aluminum for its deposition. final on the cathode.

La cathode 78 possède des surfaces 79 de forme complémentaire aux côtés en pente 76 de l'anode pour établir un espacement d'électrodes sur les côtés comme illustré par l'espacement Y. Cet espacement peut être compris entre 6 et 65 mm. Un espacement plus grand entraîne une consommation d'énergie plus grande. L'espacement entre le fond 80 de l'anode 74 dans la fig. 4 et la surface de la couche d'aluminium 82 formant une partie du bassin d'aluminium 84 est illustré en X et peut être compris entre 6 et 65 mm. De préférence, les espacements X et Y devraient être compris entre 6 et 26 mm. The cathode 78 has surfaces 79 of complementary shape on the sloping sides 76 of the anode to establish a spacing of electrodes on the sides as illustrated by the spacing Y. This spacing can be between 6 and 65 mm. Greater spacing results in greater energy consumption. The spacing between the bottom 80 of the anode 74 in FIG. 4 and the surface of the aluminum layer 82 forming part of the aluminum basin 84 is illustrated in X and can be between 6 and 65 mm. Preferably, the X and Y spacings should be between 6 and 26 mm.

L'espacement entre l'anode et la cathode au-dessus de la couche de bain solidifiée 86 n'est pas important à l'utilité de l'invention. Cependant, les espacements X et Y entre l'anode et la cathode peuvent être identiques ou différents selon la densité de courant et l'érosion d'anode désirées mais, lorsqu'ils sont déterminés au voisinage des valeurs spécifiques données ci-dessus, il en résulte des économies d'énergie substantielles. The spacing between the anode and the cathode above the solidified bath layer 86 is not important to the utility of the invention. However, the spacings X and Y between the anode and the cathode can be identical or different according to the current density and the anode erosion desired but, when they are determined in the vicinity of the specific values given above, it this results in substantial energy savings.

Le revêtement 78 formant la cathode de la cellule peut être fait avec un matériau caractéristique utilisé pour les cellules électrolyti-ques tel que du carbone, du diborure de titane ou autre, et il est The coating 78 forming the cathode of the cell can be made with a characteristic material used for electrolytic cells such as carbon, titanium diboride or the like, and it is

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

649 102 649 102

4 4

formé comme décrit antérieurement pour s'adapter à la forme extérieure de l'anode 74. De plus, la base du revêtement possède un sol incliné 90 pour le bassin d'aluminium menant dans un puits de cap-tage 92 pour l'aluminium. Comme on peut le voir, le sol en pente 90 est tel qu'il retient seulement une profondeur limitée d'une couche d'aluminium qui peut être réglée par l'intermédiaire de moyens de purge (non illustrés) de l'aluminium à partir du puits de captage. Le but de la couche fine d'aluminium sous la base 80 de l'anode est d'éliminer sensiblement les ondulations en forme d'ondes ou de vagues de la couche d'aluminium fondu dues aux effets magnétiques dans la cellule. formed as described above to adapt to the external shape of the anode 74. In addition, the base of the coating has an inclined floor 90 for the aluminum basin leading into a cap-tage well 92 for aluminum. As can be seen, the sloping ground 90 is such that it retains only a limited depth of a layer of aluminum which can be adjusted by means of purging (not illustrated) of the aluminum from from the catchment well. The purpose of the thin layer of aluminum under the base 80 of the anode is to substantially eliminate the ripples in the form of waves or waves from the layer of molten aluminum due to the magnetic effects in the cell.

Dans d'autres aspects, la cellule de la fig. 4 est identique à celle de la fig. 1, dans ce sens qu'un couvercle 18 est pourvu d'un orifice de refoulement 28 faisant partie de la coquille 12. Un matériau isolant réfractaire d'une forme appropriée quelconque comme illustré en 14 peut également être inclus. In other aspects, the cell of FIG. 4 is identical to that of FIG. 1, in this sense that a cover 18 is provided with a discharge orifice 28 forming part of the shell 12. A refractory insulating material of any suitable shape as illustrated in 14 may also be included.

La combinaison de l'utilisation de l'anode de la présente invention avec des côtés inclinés pour s'adapter aux cathodes inclinées permet de varier sensiblement les configurations de la cellule et de l'anode, comme cela est ilustré dans les fig. 5 à 8. The combination of the use of the anode of the present invention with inclined sides to accommodate the inclined cathodes allows for substantial variation in the configurations of the cell and the anode, as illustrated in Figs. 5 to 8.

Dans les fig. 5 et 6, la forme de l'anode 74 varie et elle possède des côtés inclinés divergents situés au centre 94 qui forment un apex 96 dans l'anode. Le matériau de revêtement en carbone ou autre tel que le EiB2, etc., servant de cathode, se projette vers le haut pour complémenter la forme interne de l'anode comme cela est le mieux illustré dans la fig. 5. Le fonctionnement d'une telle cellule illustrée dans les fig. 5 et 6 est essentiellement le même que celui décrit dans la fig. 4, particulièrement en ce qui concerne les surfaces d'érosion accrues 94. In fig. 5 and 6, the shape of the anode 74 varies and has divergent inclined sides located at the center 94 which form an apex 96 in the anode. The carbon or other coating material such as EiB2, etc., serving as a cathode, projects upward to complement the internal shape of the anode as best illustrated in FIG. 5. The operation of such a cell illustrated in FIGS. 5 and 6 is essentially the same as that described in FIG. 4, particularly with regard to the increased erosion areas 94.

Dans les fig. 7 et 8 des anodes doubles 100 et 102 avec des côtés inclinés opposés 104 et 106 respectivement sont positionnés dans une cellule avec une cathode 98 dont la forme est essentiellement identique à celle décrite dans la fig. 5. In fig. 7 and 8 of the double anodes 100 and 102 with opposite inclined sides 104 and 106 respectively are positioned in a cell with a cathode 98 whose shape is essentially identical to that described in FIG. 5.

L'utilisation des cathodes inclinées de cellules électrolytiques illustrées dans les fig. 4 à 8 s'est révélée ne pas permettre la formation d'une couche de sel congelé sur les surfaces de la paroi cathodique inclinée immergée dans le bain et confrontée à une portion de la surface anodique. Autrement, l'espacement désiré entre la cathode et l'anode ne peut plus être maintenu. De plus, le sel congelé qui adhérerait sur la paroi de la cathode est un bon isolant électrique et empêcherait le passage de courant de l'anode vers la paroi latérale cathodique inclinée. Dans l'utilisation antérieure de telles électrodes à parois inclinées, le problème des sels se congelant sur les parois ainsi que l'instabilité dimensionnelle du revêtement empêchait toute utilisation extensive de ces cellules. Cependant, avec la composition d'anode de la présente invention et les températures de bain plus basses, une variété de compositions de sel à basse fusion qui ne gèle pas sur la paroi latérale peuvent avantageusement être utilisées. De manière idéale, le point de fusion du sel et l'équilibre thermique de la cellule sont ajustés de telle sorte que la ligne de congélation du sel se trouve dans le revêtement ou sur la coquille en acier plutôt que sur la doublure ou interface cathode-bain. N'est pas important l'endroit où la ligne de congélation se situe pour autant qu'elle se trouve dans les limites du revêtement et que le sel soit maintenu dans un état liquide sur la surface de la doublure cathodique immergée dans le bain. Dans un tel cas, l'espacement approprié cathode-anode est maintenu sans difficulté. The use of the inclined cathodes of electrolytic cells illustrated in FIGS. 4 to 8 has been found not to allow the formation of a layer of frozen salt on the surfaces of the inclined cathode wall immersed in the bath and facing a portion of the anode surface. Otherwise, the desired spacing between the cathode and the anode can no longer be maintained. In addition, the frozen salt which would adhere to the wall of the cathode is a good electrical insulator and would prevent the passage of current from the anode to the inclined cathode side wall. In the previous use of such inclined wall electrodes, the problem of freezing salts on the walls as well as the dimensional instability of the coating prevented any extensive use of these cells. However, with the anode composition of the present invention and the lower bath temperatures, a variety of low melting salt compositions which do not freeze on the side wall can advantageously be used. Ideally, the melting point of the salt and the thermal equilibrium of the cell are adjusted so that the freezing line of the salt is in the coating or on the steel shell rather than on the cathode lining or interface. bath. It is not important where the freezing line is located as long as it is within the limits of the coating and the salt is maintained in a liquid state on the surface of the cathode lining immersed in the bath. In such a case, the appropriate cathode-anode spacing is maintained without difficulty.

Le procédé The process

a. Bain contenant du chlorure at. Chloride-containing bath

Le procédé électrolytique de la présente invention pour la production unique en continu d'ions aluminium sur l'anode utilise la cellule électrolytique avec haut fermé décrite dans la fig. 1 ou toute autre cellule ci-décrite, si la partie supérieure est fermée ou que l'on fasse le nécessaire pour empêcher: The electrolytic process of the present invention for the single continuous production of aluminum ions on the anode uses the electrolytic cell with closed top described in fig. 1 or any other cell described below, if the upper part is closed or action is taken to prevent:

a) l'humidité d'entrer en contact avec l'électrolyte de chlorure, a) moisture coming into contact with the chloride electrolyte,

ou b) l'oxydation du chlorure d'aluminium, tout en retenant les sels du bain vaporisés. or b) the oxidation of aluminum chloride, while retaining the salts of the vaporized bath.

Les avantages de la présente invention en utilisant le bain contenant du chlorure sont tirés non seulement de la production en continu in situ d'ions d'aluminium sur l'anode, mais aussi des besoins énergétiques sensiblement réduits pour produire de l'aluminium de haute qualité en l'absence totale de gaz de chlore sortant de la cellule. The advantages of the present invention in using the chloride-containing bath are derived not only from the continuous in situ production of aluminum ions on the anode, but also from the significantly reduced energy requirements for producing high-grade aluminum. quality in the total absence of chlorine gas leaving the cell.

La production en continu d'ions d'aluminium à l'anode est provoquée par la formation de l'anode à partir d'un matériau alumineux contenant de l'oxyde d'aluminium et un agent de réduction. Cette anode est immergée dans un bain en fusion contenant un métal alcalin et/ou des sels halogénures métalliques de terre alcalins de composition quelconque, pour autant que du chlorure d'aluminium soit présent dans le bain. Lors de l'électrolyse, l'aluminium ionisé dans le bain est déposé en tant que métal d'aluminium sur la cathode tandis que la réaction à l'anode forme aussi du C02 en plus de l'ion aluminium. L'aluminium est récupéré sous forme d'aluminium en fusion et il est soutiré, mais c'est la réaction à l'anode pour reformer les ions aluminium qui constitue une partie importante de la présente invention. The continuous production of aluminum ions at the anode is caused by the formation of the anode from an aluminous material containing aluminum oxide and a reducing agent. This anode is immersed in a molten bath containing an alkali metal and / or alkali earth metal halide salts of any composition, provided that aluminum chloride is present in the bath. During electrolysis, the ionized aluminum in the bath is deposited as aluminum metal on the cathode while the reaction at the anode also forms CO 2 in addition to the aluminum ion. The aluminum is recovered in the form of molten aluminum and it is drawn off, but it is the reaction at the anode to reform the aluminum ions which constitutes an important part of the present invention.

Il est possible que le chlore halogène, que ce soit l'ion chlorure, le chlore atomique ou le gaz de chlore, prenne part à la réaction du chlorure avec l'oxyde d'aluminium du matériau alumineux et l'agent de réduction de l'anode pour produire des ions d'aluminium plus l'oxyde d'agents de réduction. De l'aluminium de l'anode est ionisé dans le bain en fusion pour la continuation du cycle et les anions qui peuvent être de chlorure, d'oxyde ou autre, maintiennent l'équilibre de charge avec les ions aluminium. It is possible that halogenated chlorine, whether it is the chloride ion, atomic chlorine or chlorine gas, takes part in the reaction of the chloride with the aluminum oxide of the aluminous material and the reducing agent of l anode to produce aluminum ions plus oxide reducing agents. Aluminum from the anode is ionized in the molten bath for the continuation of the cycle and the anions which may be chloride, oxide or the like, maintain the charge balance with the aluminum ions.

L'aluminium produit à la cathode est généralement aussi pur que le matériau alumineux formant l'anode. Il est possible de produire de l'aluminium ultra pur selon la présente invention en utilisant une source d'alumine très pure ou de produire de l'aluminium légèrement impur par utilisation directe de matériaux de minerais alumineux tels que la bauxite ou des argiles contenant de l'aluminium tels que le kaolin ou des mélanges de ces minerais. En général, il est possible d'obtenir une pureté d'aluminium d'au moins 99,5%. The aluminum produced at the cathode is generally as pure as the aluminous material forming the anode. It is possible to produce ultra pure aluminum according to the present invention using a very pure source of alumina or to produce slightly impure aluminum by direct use of aluminous ore materials such as bauxite or clays containing aluminum such as kaolin or mixtures of these minerals. In general, it is possible to obtain an aluminum purity of at least 99.5%.

On sait que dans la réaction de cellules Hall-Heroult, le carbone de l'anode contribue à la réaction globale de gains d'aluminium en diminuant la tension de décomposition de A1203. Par exemple, la décomposition de A1203 en cryolite sur une anode de platine est d'environ 2,2 V, mais sur une électrode de carbone, considérant environ 50% en volume de CO produit et 50% de C02, la tension de décomposition est de 1,2 V environ. Approximativement, la même tension de décomposition est obtenue avec A1203 si l'on injecte du méthane sous l'anode de platine pour produire principalement du It is known that in the reaction of Hall-Heroult cells, the carbon of the anode contributes to the overall reaction of aluminum gains by decreasing the breakdown voltage of A1203. For example, the decomposition of A1203 into cryolite on a platinum anode is approximately 2.2 V, but on a carbon electrode, considering approximately 50% by volume of CO produced and 50% of CO2, the decomposition voltage is 1.2 V approximately. Approximately, the same decomposition voltage is obtained with A1203 if methane is injected under the platinum anode to produce mainly

CO, CO,

Dans la présente invention, l'utilisation de l'anode composite donne comme résultat une tension de décomposition inférieure à celle qui serait obtenue si A1C13 était décomposé avec décharge de gaz Cl2 sur l'anode. Dans toute réaction électrochimique, si la courbe de la tension du courant est extrapolée en un courant 0, un nombre approchant la tension de décomposition est obtenu. Dans un procédé d'électrolyse du chlorure d'aluminium, lorsque l'on utilise une anode en graphite, une décomposition de 1,8 à 2,0 V peut être obtenue, valeur qui est conforme aux valeurs rapportées dans les textes et conformes à la valeur théorique calculée à partir de la thermodynamique. In the present invention, the use of the composite anode results in a decomposition voltage lower than that which would be obtained if A1C13 were decomposed with gas discharge Cl2 on the anode. In any electrochemical reaction, if the curve of the current voltage is extrapolated to a current 0, a number approaching the decomposition voltage is obtained. In an aluminum chloride electrolysis process, when using a graphite anode, a decomposition of 1.8 to 2.0 V can be obtained, a value which conforms to the values reported in the texts and conforms to the theoretical value calculated from thermodynamics.

Il s'est avéré que la tension de décomposition de la présente invention varie légèrement avec la composition de l'électrolyte. Avec du NaAlCl4 pur, la tension de décomposition est la plus faible, mais au fur et à mesure que le composant A1C13 de l'électrolyte diminue, la tension de décomposition tend à augmenter légèrement. La tension de décomposition la plus basse obtenue a été de 0,5 V et la plus élevée de 1,5 V. La valeur moyenne était de 1,2 V. En utilisant la valeur moyenne de 1,2 V comme tension de décomposition, on a pu observer que dans la présente invention la tension de décomposition est inférieure de 0,6 V à celle pour A1C13 lorsque du chlore est It has been found that the decomposition voltage of the present invention varies slightly with the composition of the electrolyte. With pure NaAlCl4, the decomposition voltage is lowest, but as the A1C13 component of the electrolyte decreases, the decomposition voltage tends to increase slightly. The lowest decomposition voltage obtained was 0.5 V and the highest was 1.5 V. The average value was 1.2 V. Using the average value of 1.2 V as the decomposition voltage, it has been observed that in the present invention the decomposition voltage is 0.6 V lower than that for A1C13 when chlorine is

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

5 5

649 102 649 102

déchargé et la valeur obtenue dans le cas présent approche celle de A1203 et du carbone, ce qui suggère que le même mécanisme de réaction général se produit à la fois dans la cellule Hall-Heroult et dans la présente invention. Cette tension de décomposition plus basse résulte en une économie considérable d'énergie pour la production électrolytique d'aluminium non seulement lorsqu'on la compare au système de chlorure d'aluminium classique où du chlore est déchargé à l'anode mais aussi lorsqu'on considère l'énergie supplémentaire nécessaire pour produire A1C13 à partir de A1203, du carbone et du chlore. discharged and the value obtained in this case approaches that of A1203 and carbon, suggesting that the same general reaction mechanism occurs both in the Hall-Heroult cell and in the present invention. This lower decomposition voltage results in considerable energy savings for the electrolytic production of aluminum not only when compared to the conventional aluminum chloride system where chlorine is discharged at the anode but also when considers the additional energy required to produce A1C13 from A1203, carbon and chlorine.

Les conditions du procédé pour la production électrolytique d'aluminium ne se sont pas avérées critiques en ce qui concerne la tension appliquée ou la densité de courant. La température du bain peut varier considérablement et il est nécessaire de maintenir le bain en fusion ce qui, selon la composition des sels d'halogénures présents, peut être obtenu avec une température entre 150 et 1000°C, mais d'une manière générale avec une température se situant entre le point de fusion de l'aluminium et le point d'ébullition des composants de la cellule, de préférence entre 10 et 400°C et d'une manière plus préférable entre 10 et 150°C jusqu'à moins de 250°C au-dessus du point de fusion de l'aluminium. Les conditions de la pression dans la cellule renfermée ne sont pas critiques particulièrement dans la mesure où il n'y a pas de gaz de chlore s'échappant comme dans les procédés aux sels de chlorure d'aluminium de l'art antérieur. The process conditions for the electrolytic production of aluminum have not been found to be critical with respect to the applied voltage or current density. The temperature of the bath can vary considerably and it is necessary to maintain the molten bath which, depending on the composition of the halide salts present, can be obtained with a temperature between 150 and 1000 ° C, but generally with a temperature between the melting point of the aluminum and the boiling point of the cell components, preferably between 10 and 400 ° C and more preferably between 10 and 150 ° C until less 250 ° C above the melting point of aluminum. The conditions of the pressure in the enclosed cell are not particularly critical insofar as there is no chlorine gas escaping as in the processes with aluminum chloride salts of the prior art.

Bien que du CO ou du C02 ou les deux peuvent être produits avec le présent procédé, ces gaz ne sont pas aussi corrosifs que le chlore. Les conditions de pression, n'étant pas importantes, peuvent se situer entre la pression atmosphérique et 10 psig ou plus. Although CO or CO 2 or both can be produced with the present process, these gases are not as corrosive as chlorine. Pressure conditions, being unimportant, can be between atmospheric pressure and 10 psig or more.

b. Bain contenant entièrement du fluorure b. Bath containing entirely fluoride

La cellule de Hall fonctionne chimiquement en se basant sur le fait que l'alumine se dissout dans le bain de sel de cryolite-fluorure à une température de 950-1000°C. L'alumine Bayer est soluble dans le bain contenant du cryolite à une température minimale d'au moins 900° C ou au-dessus. Un bain quelconque contenant du fluorure à une température en dessous de 900° C environ ne solubilisera pas l'alumine Bayer ordinairement traitée et, par conséquent, l'alumine, comme source d'aluminium, ne peut entrer dans la réaction de réduction et il n'est pas possible pour l'aluminium d'être déposé à la cathode. Sans cette solubilité générale de l'alumine dans le bain de sel de fluorure, il n'est pas possible d'électrogagner de l'aluminium. The Hall cell functions chemically based on the fact that the alumina dissolves in the cryolite-fluoride salt bath at a temperature of 950-1000 ° C. Bayer alumina is soluble in the bath containing cryolite at a minimum temperature of at least 900 ° C or above. Any fluorine-containing bath at a temperature below about 900 ° C will not dissolve the commonly treated Bayer alumina and therefore alumina, as a source of aluminum, cannot enter the reduction reaction and it it is not possible for aluminum to be deposited at the cathode. Without this general solubility of alumina in the fluoride salt bath, it is not possible to electrogagnate aluminum.

Il a été découvert, et c'est un des aspects de la présente invention, que dans les bains tout fluorure, les températures peuvent se situer entre le point de fusion de l'aluminium et le point d'ébullition des composants de la cellule, de préférence entre 10 et 400° C et de manière plus préférable entre 10 et 150° C jusqu'à moins de 250° C au-dessus du point de fusion de l'aluminium. Pour électrogagner de l'aluminium à partir de son oxyde correspondant ou autre composé contenant de l'oxygène, la plage des températures du bain serait généralement de 670-800° C et de préférence de 700-750° C. It has been discovered, and this is one aspect of the present invention, that in all fluoride baths the temperatures can be between the melting point of aluminum and the boiling point of the components of the cell, preferably between 10 and 400 ° C and more preferably between 10 and 150 ° C up to less than 250 ° C above the melting point of aluminum. To electrogagnate aluminum from its corresponding oxide or other oxygen-containing compound, the bath temperature range would generally be 670-800 ° C and preferably 700-750 ° C.

L'aspect important de cette découverte qui la différencie des procédés traditionnels de la cellule Hall-Heroult est que l'anode composite contenant le mélange d'oxyde d'aluminium et d'agent de réduction effectue une transformation de l'oxyde d'aluminium et produit de l'aluminium ionique dans le bain de fluorure à basse température. La réaction générale, cependant, est supposée être essentiellement la même que la réaction de la cellule de Hall comme indiqué antérieurement. L'aluminium est produit sous forme liquide sur le bassin de métal liquide servant de cathode. Il est supposé qu'une réaction se produit à la surface de l'anode d'une manière unique qui résulte en la réaction de l'oxyde d'aluminium pour produire des ions aluminium semblable au mécanisme qui se produit dans la cellule de Hall même si la température est seulement légèrement au-dessus du point de fusion de l'aluminium. The important aspect of this discovery which differentiates it from the traditional Hall-Heroult cell processes is that the composite anode containing the mixture of aluminum oxide and reducing agent transforms the aluminum oxide. and produces ionic aluminum in the low temperature fluoride bath. The general reaction, however, is assumed to be essentially the same as the Hall cell reaction as previously reported. Aluminum is produced in liquid form on the basin of liquid metal serving as cathode. It is assumed that a reaction occurs on the surface of the anode in a unique way which results in the reaction of aluminum oxide to produce aluminum ions similar to the mechanism that occurs in the Hall cell itself if the temperature is only slightly above the melting point of aluminum.

L'importance de l'utilisation de l'anode composite dans la présente invention devrait être très claire parce que, dans les mêmes conditions que celles de la présente invention mais en utilisant une anode en carbone ou une autre anode non consumable, l'addition d'oxyde d'aluminium dans le bain ne produira ni la dissolution de l'oxyde d'aluminium ni le dépôt électrolytique de l'aluminium. La composition du bain, les densités de courant et autres paramètres du procédé ne sont pas critiques au fonctionnement de la cellule contenant le bain de chlorure ou le bain de fluorure. The importance of the use of the composite anode in the present invention should be made very clear because, under the same conditions as those of the present invention but using a carbon anode or other non-consumable anode, the addition of aluminum oxide in the bath will neither produce the dissolution of aluminum oxide nor the electrolytic deposition of aluminum. The composition of the bath, the current densities and other process parameters are not critical to the operation of the cell containing the chloride bath or the fluoride bath.

L'anode The anode

Le support principal pour bénéficier des avantages de la présente invention consiste dans l'utilisation d'une anode composite unique se composant d'un composé alumineux contenant de l'oxygène, généralement de l'oxyde d'aluminium, et un agent de réduction. The main support for enjoying the advantages of the present invention consists in the use of a single composite anode consisting of an aluminous compound containing oxygen, generally aluminum oxide, and a reducing agent.

L'anode consiste en la seule source d'ions aluminium pour la réduction électrolytique en aluminium à la cathode ainsi que, avec un agent de réduction carbone, en les moyens de conduction du courant électrique au travers de l'oxyde d'aluminium, dit électrique vers le lieu de réaction pour l'oxyde d'aluminium en contact avec l'électrolyte et immergé dans ce dernier. L'anode fournit également de préférence au moins en partie une source nécessaire d'un agent de réduction qui permet à l'oxyde d'aluminium de réagir dans l'environnement anodique pour produire l'aluminium de dépôt à la cathode en tant que métal d'aluminium. The anode consists of the only source of aluminum ions for the electrolytic reduction of aluminum at the cathode as well as, with a carbon reduction agent, in the means of conduction of the electric current through aluminum oxide, said electric to the reaction site for aluminum oxide in contact with the electrolyte and immersed in the latter. The anode also preferably at least in part provides a necessary source of a reducing agent which allows aluminum oxide to react in the anode environment to produce the deposition aluminum at the cathode as a metal. aluminum.

L'agent de réduction est de préférence, au moins en partie, mélangé avec l'oxyde d'aluminium pour obtenir un contact intime entre l'agent de réduction et l'oxyde d'aluminium. L'agent de réduction, s'il est proprement choisi, est conducteur et lorsqu'il est mélangé avec l'oxyde d'aluminium peut aussi avoir la fonction d'un conducteur de courant électrique vers le site de réaction pour l'oxyde d'aluminium. Suite à la réaction de chaque particule d'oxyde d'aluminium en un site particulier en contact avec l'électrolyte et en présence d'un courant électrique, une autre particule au même site est maintenant découverte et peut réagir. Cela se produit sur toute la surface de l'anode et se poursuit jusqu'à ce qu'il n'y ait plus d'oxyde d'aluminium pour réagir. Si l'agent de réduction n'est pas conducteur et n'est pas mélangé avec l'oxyde d'aluminium, la fonction de conduction électrique doit être effectuée autrement par des tiges conductrices pour maintenir l'oxyde d'aluminium anodique au site de réaction. The reducing agent is preferably, at least in part, mixed with the aluminum oxide to obtain intimate contact between the reducing agent and the aluminum oxide. The reducing agent, if properly chosen, is conductive and when mixed with aluminum oxide may also have the function of an electric current conductor to the reaction site for the oxide 'aluminum. Following the reaction of each particle of aluminum oxide at a particular site in contact with the electrolyte and in the presence of an electric current, another particle at the same site is now discovered and can react. This occurs over the entire surface of the anode and continues until there is no more aluminum oxide to react. If the reducing agent is not conductive and is not mixed with aluminum oxide, the electrical conduction function must be performed otherwise by conductive rods to maintain the anodic aluminum oxide at the site of reaction.

Dans un bain de sel de chlorure d'aluminium, l'anode possède la fonction de fournir un agent de réduction qui aide dans la réaction théorisée de la source alumineuse, avec le chlorure ou l'oxygène ou les deux, à maintenir une concentration constante du chlorure d'aluminium. Le maintien d'une concentration constante de chlorure d'aluminium est une part importante du cycle chlorure de la présente invention parce qu'il élimine le besoin d'un réapprovisionnement ou rétablissement extérieur de chlorure d'aluminium électro-lysé ou la décharge de chlore sur l'anode. In an aluminum chloride salt bath, the anode has the function of providing a reducing agent which helps in the theoretical reaction of the aluminous source, with chloride or oxygen or both, to maintain a constant concentration aluminum chloride. Maintaining a constant concentration of aluminum chloride is an important part of the chloride cycle of the present invention because it eliminates the need for an external replenishment or recovery of electro-lysed aluminum chloride or the discharge of chlorine. on the anode.

Dans le procédé à bain tout fluorure, l'anode de cette invention, comme dans le cas du cycle de chlorure, fournit l'oxyde d'aluminium qui réagit dans le bain de fluorure pour former des ions aluminium à une basse température unique de l'ordre de 670-800° C. La cellule peut aussi être ouverte comme dans les fig. 3 ou 4. In the all fluoride bath process, the anode of this invention, as in the case of the chloride cycle, provides aluminum oxide which reacts in the fluoride bath to form aluminum ions at a single low temperature of 1 'order of 670-800 ° C. The cell can also be opened as in fig. 3 or 4.

La source d'aluminium est de l'alumine A203, mais cela pourrait être aussi un matériau quelconque contenant de l'oxyde d'aluminium tel que de la bauxite ou un argile tel que du kaolin ou autre matériau qui réagirait à l'anode pour produire des ions d'aluminium qui sont réduits en métal fondu à la cathode comme dans les procédés à cycles fluorure ou chlorure. The aluminum source is alumina A203, but it could also be any material containing aluminum oxide such as bauxite or a clay such as kaolin or other material which would react at the anode to produce aluminum ions which are reduced to molten metal at the cathode as in fluoride or chloride cycle processes.

Quand le mélange forme l'anode, la proportion est de l'ordre d'au moins 1,5 et plus, avec des limites supérieures acceptables de l'ordre de 7,5, 20,0 ou même 50,0 ou davantage de parties en poids d'oxyde d'aluminium dans le matériau alumineux par partie en poids d'agent de réduction. De préférence, la quantité d'oxyde d'aluminium dans le mélange de matériaux alumineux peut être de l'ordre de 2,0 à 6,5 et plus préférablement 2,5 à 6,0 parties en poids d'oxyde d'aluminium par partie d'agent de réduction. When the mixture forms the anode, the proportion is of the order of at least 1.5 and more, with acceptable upper limits of the order of 7.5, 20.0 or even 50.0 or more. parts by weight of aluminum oxide in the aluminous material per part by weight of reducing agent. Preferably, the amount of aluminum oxide in the mixture of aluminous materials can be of the order of 2.0 to 6.5 and more preferably 2.5 to 6.0 parts by weight of aluminum oxide per part of reducing agent.

L'agent de réduction qui peut être utilisé selon la présente invention n'est pas limité à un matériau en particulier, mais pourrait être un de ces matériaux connus pour être efficaces en réagissant avec The reducing agent which can be used according to the present invention is not limited to a particular material, but could be one of those materials known to be effective in reacting with

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

649 102 649 102

6 6

l'oxyde d'aluminium. La réaction dans les bains de fluorure et de chlorure n'est pas clairement définie, mais il se peut que l'agent de réduction réagisse avec A1203 pour produire des ions aluminium qui éventuellement se déposent sur la cathode et du C02 à l'anode. Le mécanisme de réaction peut être le même dans les électrolytes de sel tout chlorure, tout fluorure ou mélange chlorure/fluorure. aluminum oxide. The reaction in the fluoride and chloride baths is not clearly defined, but the reducing agent may react with A1203 to produce aluminum ions which eventually settle on the cathode and CO2 at the anode. The reaction mechanism can be the same in the salt electrolytes any chloride, any fluoride or chloride / fluoride mixture.

Parmi les agents de réduction qui sont plus particulièrement utiles à l'alumine et à d'autres oxydes se trouve le carbone ou un composé de carbone de réduction utilisé dans le mélange. Le soufre, le phosphore ou l'arsenic peuvent également être utilisés indépendamment ou en combinaison avec le carbone. Le carbone est particulièrement préféré parce qu'il se caractérise à la fois parce qu'il est capable de transporter le courant au site de réaction de l'oxyde d'aluminium et de maintenir une fonction de réduction et de donner un produit gazeux à l'anode. Among the reducing agents which are more particularly useful for alumina and other oxides is carbon or a reducing carbon compound used in the mixture. Sulfur, phosphorus or arsenic can also be used independently or in combination with carbon. Carbon is particularly preferred because it is characterized both because it is able to transport the current to the reaction site of the aluminum oxide and to maintain a reduction function and to give a gaseous product to the 'anode.

La source de carbone dans le mélange peut être un matériau organique quelconque, particulièrement ceux ayant une origine fossile tels que le brai, le bitume, le charbon et les produits charbonneux, les gaz de réduction, par exemple l'oxyde de carbone, et peut aussi inclure des matériaux résineux synthétiques et naturels tels que les cires, les gommes, les phénoliques, les époxies, les vinyles, etc., et autres qui peuvent, si on le désire, être cokéfiés même étant en présence du matériau alumineux. La cokéfaction de la source de carbone mélangée avec le composé d'oxyde d'aluminium peut être effectuée par les techniques de l'art connues telles que celles utilisées dans les anodes précuites qui sont utilisées dans la cellule Hall-Heroult. Cela est accompli par coulage, moulage, extrusion, etc., d'une anode composite telle que Al203-brai dans un rapport voulu de par exemple 6,5 parties d'oxyde d'aluminium pour une partie de carbone à l'état cokéfié, et par chauffage lent de l'anode formée dans une atmosphère d'oxyde de carbone jusqu'à une température de cokéfaction de 700 à 1200°C. Après cokéfaction, l'anode composite est ensuite prête à être utilisée. The source of carbon in the mixture can be any organic material, particularly those having a fossil origin such as pitch, bitumen, coal and carbonaceous products, reduction gases, for example carbon monoxide, and can also include synthetic and natural resinous materials such as waxes, gums, phenolics, epoxies, vinyls, etc., and the like which may, if desired, be coked even in the presence of the aluminous material. The coking of the carbon source mixed with the aluminum oxide compound can be carried out by known techniques of the art such as those used in the prebaked anodes which are used in the Hall-Heroult cell. This is accomplished by casting, molding, extruding, etc., of a composite anode such as Al203-pitch in a desired ratio of, for example, 6.5 parts of aluminum oxide per part of carbon in the coked state. , and by slow heating of the anode formed in a carbon monoxide atmosphere to a coking temperature of 700 to 1200 ° C. After coking, the composite anode is then ready for use.

On considère aussi, par exemple, dans le cadre de la présente invention, de produire du carbone comme agent de réduction dans le mélange avec l'oxyde d'aluminium par cokéfaction de la source de carbone dans le bain électrolytique en fusion à la fois avant et pendant l'électrolyse. Les températures des bains se situant dans la gamme caractéristique de 670 à 850° C sont adéquates pour cokéfier la source de carbone pour produire le carbone nécessaire. Le temps pour effectuer une telle cokéfaction n'est pas critique, mais on peut avoir besoin de plusieurs minutes à plusieurs heures selon la température du bain en fusion et la masse du mélange de la source alumi-neuse et de la source de carbone de réduction. It is also considered, for example, in the context of the present invention, to produce carbon as a reducing agent in the mixture with aluminum oxide by coking the carbon source in the electrolytic bath both before and during electrolysis. Bath temperatures in the characteristic range of 670 to 850 ° C are adequate for coking the carbon source to produce the necessary carbon. The time to carry out such a coking is not critical, but it may be necessary from several minutes to several hours depending on the temperature of the molten bath and the mass of the mixture of the alumina source and the reduction carbon source. .

Le matériau d'anode composite cru est graduellement cokéfié avec la chaleur de la cellule de telle sorte que l'extrémité de l'anode dans le sel est toujours entièrement cokéfiée à la température de fonctionnement de la cellule. La cokéfaction dans le style Soderberg dans la cellule à 670-850° C produit une anode de conductivité inférieure si on la compare aux anodes composites précuites à des températures beaucoup plus élevées. The raw composite anode material is gradually coked with the heat of the cell so that the end of the anode in the salt is always fully coked at the operating temperature of the cell. Soderberg style coking in the cell at 670-850 ° C produces an anode of lower conductivity when compared to composite anodes pre-baked at much higher temperatures.

La source totale d'agent de réduction, comme indiqué antérieurement, n'a pas besoin, si on le veut, d'être mélangée à la source d'oxyde d'aluminium pour former l'anode. Il s'est révélé, par exemple, que les seules conditions requises pour l'agent de réduction sont: qu'il soit en contact avec l'oxyde d'aluminium anodique et présent en quantité suffisante pour produire du métal d'aluminium à la cathode. Il est manifeste, cependant, que le courant électrique doit être transmis au site de réaction pour permettre à la réaction de se poursuivre. The total source of reducing agent, as previously indicated, need not, if desired, be mixed with the source of aluminum oxide to form the anode. It has been found, for example, that the only conditions required for the reducing agent are: that it is in contact with anodic aluminum oxide and present in sufficient quantity to produce aluminum metal at the cathode. It is clear, however, that electrical current must be passed to the reaction site to allow the reaction to continue.

Si l'agent de réduction tel que du carbone n'est pas mélangé pour transporter le courant, il est concevable qu'un autre conducteur, compatible avec la cellule et son contenu, soit utilisé. Par exemple, des combinaisons d'aluminium ou des métaux nobles et des oxydes conducteurs de haute fusion tels que l'oxyde argent-étain ou TïB2, seul ou composite avec du carbone ou du graphite, peuvent être mélangés avec l'oxyde d'aluminium dans des quantités seulement suffisantes pour transporter le courant électrique au site de réaction. Une telle quantité n'est pas critique à condition que l'oxyde d'aluminium soit anodique au site de réaction. Des quantités aussi faibles que 0,001 jusqu'à au moins 0,75 partie de matériaux conducteurs par partie d'oxyde d'aluminium peuvent être utilisées. Des quantités plus grandes augmentent la conductivité au détriment de la disponibilité de matériaux réactifs, mais elles sont possibles sans qu'il y ait une limite supérieure réelle. Evidemment, il doit toujours y avoir un agent de réduction présent pour effectuer la réaction nécessaire. If the reducing agent such as carbon is not mixed to transport the current, it is conceivable that another conductor, compatible with the cell and its contents, is used. For example, combinations of aluminum or noble metals and high-melting conductive oxides such as silver-tin oxide or TIB2, alone or composite with carbon or graphite, can be mixed with aluminum oxide in quantities only sufficient to transport the electric current to the reaction site. Such an amount is not critical provided the aluminum oxide is anodic at the reaction site. Amounts as low as 0.001 up to at least 0.75 parts of conductive material per part of aluminum oxide can be used. Larger amounts increase the conductivity at the expense of the availability of reactive materials, but they are possible without an actual upper limit. Obviously, there must always be a reducing agent present to carry out the necessary reaction.

Dans le cas de l'alumine en tant que matériau alumineux, on peut utiliser de l'alumine hydratée ou calcinée. Des anodes formées avec de l'alumine hydratée peuvent présenter une conductivité améliorée par rapport à l'alumine calcinée, mais l'alumine hydratée, A1203 x 3H20 ou Al(OH)3, a tendance à se fissurer pendant la cokéfaction du type précuit et lorsqu;elle est placée dans le bain chaud, à cause de la vidange de l'eau pendant l'opération de cokéfaction. Dans un sel contenant du chlorure d'aluminium utilisant une cokéfaction de bain de l'alumine hydratée, l'eaü retirée pourrait indésira-blement hydrauliser A1C13. In the case of alumina as an aluminous material, hydrated or calcined alumina can be used. Anodes formed with hydrated alumina may have improved conductivity compared to calcined alumina, but hydrated alumina, A1203 x 3H20 or Al (OH) 3, tends to crack during coking of the precooked type and when placed in the hot bath, because of the water draining during the coking operation. In a salt containing aluminum chloride using a hydrated alumina bath coking, the water removed could undesirably hydrate A1C13.

Toute fissure ou cassure de l'anode due à l'humidité sortie ne provoque aucune difficulté à condition que la membrane illustrée dans la fig. 3 entoure l'anode. Toutes les particules de l'anode qui se détachent sont retenues dans la membrane pour une réaction continuelle. L'anode peut aussi consister en une proportion quelconque d'oxyde hydraté et calciné pour réduire au minimum le craquelle-ment ou les fissures. La quantité maximale d'oxyde hydraté qui peut être utilisée affecte une économie d'énergie dans la calcination. Any crack or breakage of the anode due to the humidity exited does not cause any difficulty provided that the membrane illustrated in fig. 3 surrounds the anode. All of the particles of the anode which detach are retained in the membrane for a continuous reaction. The anode can also consist of any proportion of hydrated and calcined oxide to minimize cracking or cracks. The maximum amount of hydrated oxide that can be used affects energy savings in calcination.

La dimension et la surface des particules constituant l'anode contenant l'oxyde d'aluminium n'ont pas fait voir une sensibilité quelconque en ce qui concerne la vitesse de réaction de l'anode. The size and surface of the particles constituting the anode containing the aluminum oxide did not show any sensitivity with regard to the reaction speed of the anode.

Cette caractéristique de la présente invention est en contraste par rapport à l'expérience de l'art antérieur dans la réaction de A1203 et du carbone avec du chlore sous forme de réaction gaz-solide dans un four. Dans le passé, il s'est révélé que la température et la vitesse de réaction étaient très sensibles à la dimension et à la surface des particules. This characteristic of the present invention is in contrast to the experience of the prior art in the reaction of A1203 and carbon with chlorine in the form of a gas-solid reaction in an oven. In the past, it has been found that the reaction temperature and speed are very sensitive to the size and surface of the particles.

En général, on veut utiliser dans l'art antérieur de l'alumine ayant une surface de l'ordre de 10 à 125 m2 /g dans la réaction de A1C13. Cependant, dans la présente invention, aucune sensibilité ne fut détectée en ce qui concerne la vitesse de réaction de l'anode en se basant sur la dimension ou la surface des particules. C'est-à-dire que A1203 avec une surface de 0,5 m2/g ou moins réagissait apparemment aussi facilement que AI203 avec une surface de 100 m2/g. Ces résultats se basent sur les expériences qui ont été faites avec des anodes contenant de l'alumine ayant des particules avec des surfaces et des dimensions différentes. On fit passer des densités de courant d'anode se situant entre 0,3 et 6,5 A/cm2 dans les cellules avec la ligne de sortie connectée à un indicateur amidon-iode pour la détection du chlore. Aucun gaz de chlore ne fut détecté indépendamment de la densité de courant ou de la surface de l'alumine. Cela suggère que si du chlore est produit à l'anode il réagit entièrement pour reformer du chlorure d'aluminium ou que seulement des ions aluminium se forment à l'anode à partir du A1203, tandis que l'oxygène du A1203 se combine avec le carbone produisant du C02. On pense que pour produire du chlore à l'anode il serait nécessaire d'élever le potentiel suffisamment pour dépasser le potentiel de décomposition de A1C13, mais même dans ce cas le chlore produit réagirait probablement avec A1203 et du carbone pour produire davantage de A1C13 plutôt que de dégager du chlore à l'anode. In general, it is desired to use in the prior art alumina having a surface of the order of 10 to 125 m2 / g in the reaction of A1C13. However, in the present invention, no sensitivity was detected with respect to the reaction rate of the anode based on the size or surface of the particles. That is, A1203 with an area of 0.5 m2 / g or less apparently reacted as easily as AI203 with an area of 100 m2 / g. These results are based on experiments which have been made with anodes containing alumina having particles with different surfaces and dimensions. Anode current densities between 0.3 and 6.5 A / cm2 were passed through the cells with the output line connected to a starch-iodine indicator for chlorine detection. No chlorine gas was detected regardless of the current density or the surface of the alumina. This suggests that if chlorine is produced at the anode it reacts entirely to reform aluminum chloride or that only aluminum ions are formed at the anode from A1203, while oxygen from A1203 combines with the carbon producing C02. It is believed that to produce chlorine at the anode it would be necessary to raise the potential enough to exceed the decomposition potential of A1C13, but even then the chlorine produced would likely react with A1203 and carbon to produce more A1C13 rather than releasing chlorine at the anode.

Des anodes utilisées dans des cellules d'électrolyse peuvent être produites dans une variété de formes et par une variété de procédés de fabrication. Un mélange de l'oxyde d'aluminium et de l'agent de réduction peut former l'anode d'une manière appropriée. Par exemple, un mélange peut être lié à une électrode caractéristique pour former un revêtement entourant tout ou un côté de l'électrode comme cela est illustré à la fig. 2 des dessins. Il est également possible de satisfaire les conditions de la présente invention pour former l'anode d'une manière autre que par une liaison physique directe sur l'électrode. Il est désirable, cependant, que le matériau alumineux Anodes used in electrolysis cells can be produced in a variety of forms and by a variety of manufacturing processes. A mixture of the aluminum oxide and the reducing agent can form the anode in a suitable manner. For example, a mixture can be bonded to a characteristic electrode to form a coating surrounding all or one side of the electrode as illustrated in FIG. 2 of the drawings. It is also possible to satisfy the conditions of the present invention for forming the anode in a manner other than by direct physical bonding to the electrode. It is desirable, however, that the aluminous material

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

7 7

649 102 649 102

soit en contact physique intime avec le matériau carboné ou autre réducteur. Le dernier concept peut être appliqué si les mélanges du matériau alumineux et du réducteur sont dans une forme de mélange homogène de poudres, de petits grains et poudres mélangés, ou de briquettes composites plus grandes de ces matériaux mélangés qui peuvent avoir été formés par moulage ou extrusion en diverses dimensions, à partir de 25 (jm jusqu'à 2,6 cm ou plus. Il s'est révélé que l'uniformité de la distribution du carbone et de l'oxyde d'aluminium est désirable pour atteindre un rendement maximal de l'anode pendant sa dissolution ou réaction sous l'électrolyse. either in intimate physical contact with the carbonaceous material or other reducing agent. The latter concept can be applied if the mixtures of the aluminous material and the reducing agent are in the form of a homogeneous mixture of powders, small grains and mixed powders, or larger composite briquettes of these mixed materials which may have been formed by molding or extrusion in various dimensions, from 25 (jm up to 2.6 cm or more. It has been found that uniform distribution of carbon and aluminum oxide is desirable to achieve maximum efficiency of the anode during its dissolution or reaction under electrolysis.

Pour tenir le matériau alumineux et l'agent de réduction formant les matériaux anodiques dans la région de l'électrode et ainsi en combinaison formant l'anode, un récipient en forme de membrane poreuse peut être utilisé. To hold the aluminous material and the reducing agent forming the anode materials in the region of the electrode and thus in combination forming the anode, a container in the form of a porous membrane can be used.

Pour une utilisation commerciale qui a du succès, l'anode devrait être aussi conductrice que possible. Etant donné que l'anode de la présente invention n'est pas du carbone solide ou pur comme cela est utilisé traditionnellement dans la cellule de Hall, elle sera moins conductrice à cause de la présence du composé alumineux. Si on permettait à l'anode de devenir aussi résistante que l'électrolyte de sel, alors l'équilibre thermique serait affecté dû au surchauffage qui peut se produire résultant du passage du même courant au travers de l'anode plus résistante. Il est par conséquent désirable de construire une anode ayant une conductivité aussi haute que possible. Evidemment, plus le matériau d'anode est conducteur, moins on consomme de l'énergie pour gagner du métal, mais dans tous les cas la conductivité de l'anode devrait être supérieure à la conductivité du sel pour avoir un fonctionnement optimal. En particulier, lorsque l'on veut atteindre une production maximale d'aluminium avec un minimum de consommation d'énergie, la résistance de l'anode devient importante. For successful commercial use, the anode should be as conductive as possible. Since the anode of the present invention is not solid or pure carbon as is traditionally used in the Hall cell, it will be less conductive due to the presence of the aluminous compound. If the anode were allowed to become as resistant as the salt electrolyte, then the thermal equilibrium would be affected due to overheating which may occur resulting from the passage of the same current through the more resistant anode. It is therefore desirable to construct an anode having as high a conductivity as possible. Obviously, the more the anode material is conductive, the less energy is consumed to gain metal, but in all cases the conductivity of the anode should be higher than the conductivity of the salt for optimal operation. In particular, when it is desired to achieve maximum production of aluminum with a minimum of energy consumption, the resistance of the anode becomes important.

Il s'est révélé que la conductivité de l'anode varie considérablement en fonction du procédé de fabrication. Les paramètres qui se sont révélés affecter la conductivité sont: le taux de matériaux de carbone liant tels que le brai, le carbone ou les particules de coke inclus dans l'anode composite comme source de l'agent de réduction et le type d'oxyde d'aluminium. Plus la teneur en carbone de l'anode est grande, dans le taux spécifié antérieurement d'oxyde d'aluminium par rapport à l'agent de réduction, plus la conductivité est grande. Il est possible, par exemple, lorsqu'on utilise un taux de l'ordre de 4/1 à 6/1 d'oxyde d'aluminium par rapport au carbone, de construire une anode composite solide qui possède au moins une conductivité égale à un dixième de la conductivité d'une anode de Hall-Heroult standard. It has been found that the conductivity of the anode varies considerably depending on the manufacturing process. The parameters which have been found to affect the conductivity are: the rate of binder carbon materials such as pitch, carbon or coke particles included in the composite anode as the source of the reducing agent and the type of oxide aluminum. The higher the carbon content of the anode, in the previously specified rate of aluminum oxide relative to the reducing agent, the higher the conductivity. It is possible, for example, when using a rate of the order of 4/1 to 6/1 of aluminum oxide relative to carbon, to construct a solid composite anode which has at least a conductivity equal to one tenth of the conductivity of a standard Hall-Heroult anode.

Pour obtenir une conductivité plus grande et réduire les pertes d'énergie au travers de l'anode précuite composite, un autre mode de réalisation utilise un ou plusieurs noyaux conducteurs 36 ou 37 positionnés dans l'anode comme illustré dans les fig. 2, 2A et 2B. To obtain greater conductivity and reduce energy losses through the composite prebaked anode, another embodiment uses one or more conductive cores 36 or 37 positioned in the anode as illustrated in FIGS. 2, 2A and 2B.

L'anode composite 26A illustrée dans la fig. 2 possède un noyau central conducteur 36 qui peut être en carbone ou graphite moulé dans l'anode composite ou la composition de matériaux d'anode composite 38 moulé ou revêtu dans une forme de noyau conducteur préformé. Le noyau central 36 peut aussi être un métal tel que le même métal déposé, par exemple l'aluminium. L'extérieur du conducteur 36 est revêtu sur un côté pour une utilisation bipolaire ou entouré des deux côtés pour une utilisation monopolaire par une matrice 38 d'un matériau d'anode composite comprenant le mélange d'oxyde d'aluminium et d'agent de réduction, comme décrit antérieurement. Lorsque le revêtement est fait sur un seul côté, un fonctionnement bipolaire est envisagé. Le terme oxydes devrait être interprêté de manière à inclure les silicates qui souvent sont une combinaison de l'oxyde métallique et d'oxyde de silicium ou tout autre composé contenant de l'oxygène de l'aluminium à déposer. The composite anode 26A illustrated in FIG. 2 has a central conductive core 36 which may be carbon or graphite molded in the composite anode or the composition of composite anode materials 38 molded or coated in the form of a preformed conductive core. The central core 36 can also be a metal such as the same deposited metal, for example aluminum. The exterior of the conductor 36 is coated on one side for bipolar use or surrounded on both sides for monopolar use by a matrix 38 of a composite anode material comprising the mixture of aluminum oxide and reduction, as previously described. When coating is done on one side only, bipolar operation is considered. The term oxides should be interpreted to include silicates which often are a combination of metal oxide and silicon oxide or any other oxygen-containing compound from the aluminum to be deposited.

Pour des anodes de grandes dimensions, une autre alternative d'un mode de réalisation est illustré dans les fig. 2A et 2B. Pour améliorer la conductivité, on préfère utiliser des tiges d'aluminium d'une pureté de premier grade 36 et 37 comme bus de conduction électrique dans une matrice de la composition d'anode composite 38 For large anodes, another alternative of an embodiment is illustrated in FIGS. 2A and 2B. To improve the conductivity, it is preferable to use aluminum rods of first grade purity 36 and 37 as an electrical conduction bus in a matrix of the composite anode composition 38

qui peut être du type précuit ou Soderberg. Etant donné que de l'aluminium de premier grade est utilisé pour former les tiges conductrices, il fondra au fur et à mesure que l'anode est consummée et rejoindra le métal de la cathode pour un cycle en continu. Les tiges sont espacées de telle sorte que la chute de tension est réduite au minimum par rapport à la conductivité de l'anode composite. Dans la fig. 2B les tiges conductrices 36 sont illustrées connectées à une plaque 40 supportée par un conducteur central 41. which can be of the precooked or Soderberg type. Since first grade aluminum is used to form the conductive rods, it will melt as the anode is consumed and join the metal of the cathode for a continuous cycle. The rods are spaced such that the voltage drop is minimized relative to the conductivity of the composite anode. In fig. 2B the conductive rods 36 are illustrated connected to a plate 40 supported by a central conductor 41.

Le nombre et la dimension des conducteurs 36 et 37 sont choisis en se basant sur la dimension de l'anode, la densité de courant de l'anode, la dimension de la cellule, la température de fonctionnement et le transfert de chaleur, de telle sorte que les conducteurs d'aluminium 36 et 37 fondent à la même vitesse que la matrice 38 de l'anode est consummée. L'avantage unique des modes de réalisation d'anodes illustrés dans les fig. 2A et 2B est que l'on évite les grandes chutes de tension dans l'anode à résistivité relativement élevée, ce qui permet de fonctionner avec une consommation d'énergie sensiblement réduite. La dimension des tiges d'aluminium peut être ramenée à un diamètre de l'ordre de 1,5 à 75 mm, de préférence 3 à 50 mm, de manière plus préférable 6 à 25 mm. The number and size of the conductors 36 and 37 are chosen based on the size of the anode, the current density of the anode, the size of the cell, the operating temperature and the heat transfer, such so that the aluminum conductors 36 and 37 melt at the same speed as the matrix 38 of the anode is consumed. The unique advantage of the anode embodiments illustrated in Figs. 2A and 2B is that large voltage drops are avoided in the relatively high resistivity anode, which makes it possible to operate with significantly reduced energy consumption. The size of the aluminum rods can be reduced to a diameter of the order of 1.5 to 75 mm, preferably 3 to 50 mm, more preferably 6 to 25 mm.

Pour obtenir une conductivité désirable dans l'anode, l'espacement entre la surface externe de l'anode composite 38 et la surface d'une tige d'aluminium quelconque comme représentée dans la fig. 2, 2A ou 2B, et l'espacement mutuel entre les surfaces externes de ces tiges d'aluminium des fig. 2A et 2B ne sont pas critiques et peuvent se situer entre 6 et 600 mm, de préférence 25 à 150 mm, et plus préférablement 37 à 100 mm. Comme exemple, si la conductivité de l'anode composite est de 0,1 approximativement d'une anode d'une cellule de Hall précuite standard, l'espacement des tiges d'aluminium de 75 mm approximativement donnera une chute de tension acceptable. To obtain a desirable conductivity in the anode, the spacing between the outer surface of the composite anode 38 and the surface of any aluminum rod as shown in FIG. 2, 2A or 2B, and the mutual spacing between the external surfaces of these aluminum rods of FIGS. 2A and 2B are not critical and can be between 6 and 600 mm, preferably 25 to 150 mm, and more preferably 37 to 100 mm. As an example, if the conductivity of the composite anode is approximately 0.1 of an anode of a standard precooked Hall cell, the spacing of the aluminum rods of approximately 75 mm will give an acceptable voltage drop.

Etant donné que la température de fonctionnement de la cellule est habituellement entre 700 et 750° C, les tiges d'aluminium peuvent être dimensionnées de sorte qu'elles fondent approximativement à la même vitesse que l'anode est consommée, de manière qu'elles conduisent de l'énergie au fond de l'anode. Si le diamètre de la tige d'aluminium est trop grand, elle ne fondra pas et du sel gèlera sur sa surface d'où il résulte que l'anode se consumme laissant une souche d'aluminium qui raccourcira sur la cathode au fur et à mesure que l'anode avance. Si le diamètre de la tige est trop petit, elle fondera trop en retrait dans l'anode, ce qui provoquera une chute de tension trop grande due au passage de conductivité plus long. Il est désirable que les tiges d'aluminium fondent en retrait légèrement dans l'anode plutôt que de rester affleurant la surface du fond de l'anode. Cela est tel que l'oxydation anodique des tiges d'aluminium sera réduite au minimum. Une distance de fusion en retrait désirable est celle qui produit la chute de tension minimale couplée à l'oxydation anodique minimale des tiges d'aluminium. Si les tiges venaient à rester affleurant la surface du fond de l'anode, les ions d'aluminium provenant des tiges (comme dans une opération de raffinage) ainsi que du matériau d'anode composite auraient tendance à passer dans le bain, abaissant ainsi l'efficacité faradique de la cellule. La chaleur peut être équilibrée de telle sorte que la conductance du bain jusqu'au travers de l'anode et l'énergie produite au travers des conducteurs sont équilibrées pour obtenir la quantité désirée de fusion des tiges d'aluminium conductrices. Since the cell operating temperature is usually between 700 and 750 ° C, the aluminum rods can be dimensioned so that they melt at approximately the same speed as the anode is consumed, so that they conduct energy to the bottom of the anode. If the diameter of the aluminum rod is too large, it will not melt and salt will freeze on its surface where it results that the anode is consumed leaving an aluminum strain which will shorten on the cathode as as the anode advances. If the diameter of the rod is too small, it will melt too far back in the anode, which will cause a too large voltage drop due to the longer conductivity passage. It is desirable that the aluminum rods melt slightly recessed in the anode rather than remaining flush with the bottom surface of the anode. This is such that the anodic oxidation of the aluminum rods will be minimized. A desirable shrinkage distance is that which produces the minimum voltage drop coupled with the minimum anodic oxidation of the aluminum rods. If the rods were to remain flush with the bottom surface of the anode, the aluminum ions from the rods (as in a refining operation) as well as the composite anode material would tend to pass into the bath, thereby lowering the faradic efficiency of the cell. The heat can be balanced so that the conductance of the bath through the anode and the energy produced through the conductors are balanced to obtain the desired amount of fusion of the conductive aluminum rods.

Les modes de réalisation des fig. 9 et 10 illustrent une variation de la conduction d'énergie électrique à la surface de travail de l'anode. Le bloc 94 de l'anode composite A est interfolié avec des feuilles d'aluminium 108. Ces feuilles agissent précisément comme les tiges d'aluminium dans les fig. 2A et 2B. La forme et le nombre de couches ne sont pas critiques. Les blocs peuvent s'étendre en forme continue et être amenés dans la cellule au travers de l'attache 47 à laquelle, et avec les feuilles d'aluminium 108, la connection électrique est établie. The embodiments of FIGS. 9 and 10 illustrate a variation in the conduction of electrical energy at the working surface of the anode. The block 94 of the composite anode A is interleaved with aluminum sheets 108. These sheets act precisely like the aluminum rods in FIGS. 2A and 2B. The shape and number of layers is not critical. The blocks can extend in continuous form and be brought into the cell through the fastener 47 to which, and with the aluminum sheets 108, the electrical connection is established.

Le nombre, l'espacement et l'épaisseur des feuilles d'aluminium 108 sont déterminés par les mêmes facteurs que ceux décrits par rapport aux conducteurs 36 et 37. Généralement, l'épaisseur des The number, spacing and thickness of the aluminum sheets 108 are determined by the same factors as those described with respect to the conductors 36 and 37. Generally, the thickness of the

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

649 102 649 102

feuilles d'aluminium se situera entre 25 (im et 13 mm, de préférence entre 0,25 et 10 mm, et plus préférablement entre 0,25 et 6 mm d'épaisseur. Les feuilles d'aluminium peuvent avoir une épaisseur suffisante pour conduire le courant nécessaire pour éviter une grande chute de tension et également fondre dans le bassin de cathode au fur et à mesure que l'anode est consummée. L'espacement entre les feuilles d'aluminium 108 est tel qu'il évite une chute de tension excessive au travers du bloc composite par rapport aux conducteurs 36 et 37. Généralement, l'espacement se situera entre 3 et 600 mm, de préférence entre 25 et 150 mm, et plus préférablement entre 35 et 100 mm. aluminum sheets will be between 25 (im and 13 mm, preferably between 0.25 and 10 mm, and more preferably between 0.25 and 6 mm thick. The aluminum sheets may have a thickness sufficient to lead the current necessary to avoid a large voltage drop and also to melt in the cathode basin as the anode is consumed. The spacing between the aluminum sheets 108 is such that it avoids a voltage drop excessive through the composite block with respect to the conductors 36 and 37. Generally, the spacing will be between 3 and 600 mm, preferably between 25 and 150 mm, and more preferably between 35 and 100 mm.

La membrane The membrane

La membrane illustrée dans la fig. 3 des dessins est conçue pour avoir une fonction ou capacité tripartite. The membrane illustrated in fig. 3 of the drawings is designed to have a tripartite function or capacity.

Premièrement, la membrane agit comme séparateur ou barrière en repos entre la phase métallique cathodique en fusion et la source de matériaux anodes à électrolyser. Après l'utilisation de la membrane de cette invention, l'espacement peut être réduit sensiblement pour obtenir des augmentations importantes de la conductibilité et du rendement sans effet turbulant qui pourrait autrement produire une réduction du rendement ou une diminution de la qualité du produit d'aluminium. First, the membrane acts as a separator or barrier at rest between the molten cathode metallic phase and the source of anode materials to be electrolyzed. After the use of the membrane of this invention, the spacing can be reduced significantly to achieve significant increases in conductivity and yield without turbulent effect which could otherwise produce a reduction in yield or a decrease in the quality of the product. aluminum.

Deuxièmement, dans la présente invention, la membrane retient physiquement les matériaux de l'anode composite qui, par exemple, peuvent comprendre le matériau brut alumineux et l'agent de réduction. Cette contrainte ou retenue maintient ces matériaux près de l'électrode pour former une anode pour la production d'ions aluminium de la manière la plus efficace. La membrane empêche aussi le mélange de matériaux bruts avec l'aluminium en fusion au fond de la cellule. Si un oxyde de métal hydraté, tel que l'alumine hydratée, était utilisé comme l'un des matériaux anodiques, la membrane retiendrait les morceaux éventuels de l'anode qui pourrait se détacher en se cassant à cause de l'évolution de l'humidité de l'alumine pendant la cokéfaction du bain. Ces morceaux continuent d'être une source d'aluminium pendant la réaction de réduction pour autant qu'ils restent dans le circuit anode dans la membrane. Second, in the present invention, the membrane physically retains the materials of the composite anode which, for example, may include the aluminous raw material and the reducing agent. This constraint or restraint keeps these materials close to the electrode to form an anode for the production of aluminum ions in the most efficient way. The membrane also prevents the mixing of raw materials with molten aluminum at the bottom of the cell. If a hydrated metal oxide, such as hydrated alumina, were used as one of the anode materials, the membrane would retain any pieces of the anode which could detach and break due to the evolution of the humidity of the alumina during the coking of the bath. These pieces continue to be a source of aluminum during the reduction reaction as long as they remain in the anode circuit in the membrane.

Troisièmement, la membrane permet le passage libre de substances ioniques et de solides dissous dans l'électrolyte, mais ne laissera pas passer et rejettera l'aluminium en fusion et les matériaux solides non dissous qui constituent les impuretés habituelles présentes dans la source alumineuse, empêchant ainsi la contamination du dépôt cathodique. Third, the membrane allows the free passage of ionic substances and dissolved solids in the electrolyte, but will not let pass and will reject the molten aluminum and the undissolved solid materials which constitute the usual impurities present in the aluminous source, preventing thus contamination of the cathodic deposit.

I-a forme externe de la membrane n'est pas importante et elle peut avoir la forme d'un cylindre, d'un prisme, etc., ou une portion de ces derniers. Par exemple, la membrane peut avoir une forme à trois ou quatre côtés avec un fond et ainsi former un récipient enfermé. Ce récipient est conçu de manière à contenir les matériaux bruts anodiques pour la réaction dans le bain de sel. The external shape of the membrane is not important and it may have the shape of a cylinder, a prism, etc., or a portion of these. For example, the membrane may have a three- or four-sided shape with a bottom and thus form an enclosed container. This container is designed to contain the anode raw materials for the reaction in the salt bath.

Due à la nature corrosive du bain de sel en fusion, la sélection des matériaux pour former la membrane est importante pour la vie de la cellule et le succès du procédé. Si l'électrolyte à utiliser est un bain tout chlorure, le choix pour la membrane est un peu plus grand étant donné le caractère corrosif réduit d'un tel bain si on le compare à un bain contenant des fluorures. Les bains contenant certains fluorures sont toutefois préférés à cause de leur volatilité inférieure. Le bain tout fluorure possède d'autres avantages comme indiqué précédemment. Des matériaux appropriés dans un bain de fluorure seraient évidemment utiles dans un bain de chlorure moins corrosif. Due to the corrosive nature of the molten salt bath, the selection of materials to form the membrane is important for the life of the cell and the success of the process. If the electrolyte to be used is an all chloride bath, the choice for the membrane is a little greater given the reduced corrosive nature of such a bath if it is compared to a bath containing fluorides. Baths containing certain fluorides are preferred, however, because of their lower volatility. The all fluoride bath has other advantages as indicated above. Appropriate materials in a fluoride bath would obviously be useful in a less corrosive chloride bath.

Parmi les matériaux qui se sont révélés utiles on trouve la mousse de carbone vitreuse, le carbone ou le graphite comme solide poreux ou des solides poreux de métaux durs réfractaires tels que les nitru-res de bore, d'aluminium, de silicium (y compris l'oxynitrure), de titane, d'hafnium, de zirconium et de tantale; les siliciures de molybdène, de tantale et de tungstène; les carbures d'hafnium, de tantale, de colombium, de zirconium, de titanium, de silicium, de bore et de tungstène; et les borures d'hafnium, de tantale, de zirconium, de colombium, de titanium et de silicium. D'autres métaux durs réfractaires connus dans l'art peuvent se révéler utiles pour former la membrane à condition qu'ils soient résistants au bain de sel en fusion. Among the materials which have proved useful are vitreous carbon foam, carbon or graphite as a porous solid or porous solids of refractory hard metals such as boron, aluminum, silicon nitrides (including oxynitride), titanium, hafnium, zirconium and tantalum; molybdenum, tantalum and tungsten silicides; carbides of hafnium, tantalum, columbium, zirconium, titanium, silicon, boron and tungsten; and the borides of hafnium, tantalum, zirconium, columbium, titanium and silicon. Other refractory hard metals known in the art may prove useful in forming the membrane provided they are resistant to the bath of molten salt.

Les métaux durs réfractaires formant la membrane de la présente invention peuvent se présenter sous la forme d'une toile, d'un tapis, d'un feutre, d'une mousse, d'une base solide poreuse frittée ou simplement un revêtement sur une telle base, qui sont tous connus dans l'art à d'autres effets. La membrane doit aussi satisfaire aux normes particulières de porosité de passage et de dimension des pores. The refractory hard metals forming the membrane of the present invention can be in the form of a fabric, a carpet, a felt, a foam, a porous sintered solid base or simply a coating on a such basis, all of which are known in the art for other purposes. The membrane must also meet the specific standards of porosity of passage and pore size.

Ces deux caractéristiques peuvent être définies comme suit: These two characteristics can be defined as follows:

Porosité de passage — Le pourcentage du volume total de la membrane qui est constituée de passages qui passent au travers de la membrane d'un côté à l'autre; Porosity of passage - The percentage of the total volume of the membrane which is made up of passages which pass through the membrane from one side to the other;

Dimension associée des pores — Le diamètre le plus petit d'un passage au travers de la membrane. Associated pore size - The smallest diameter of a passage through the membrane.

La porosité de passage varie avec la nature du matériau de la membrane, la température du bain en fusion et la composition du sel, mais la caractéristique commune des membranes utiles est que la porosité doit être suffisante pour que tous les ions métalliques passent tels que l'aluminium et tous les sels d'électrolytique sans que les impuretés non dissoutes passent. Il s'est avéré que plus la porosité est grande, plus le débit de courant est grand et, par conséquent, plus le rendement électrique de la cellule est grand. La porosité peut varier de 1 à 97% ou plus, mais généralement elle se situe entre 30 et 70%. La porosité préférée pour obtenir le rendement le plus élevé se trouve entre 90 et 97%. Une mousse de carbone vitreuse, par exemple, est capable de donner une porosité aussi élevée et de garder une résistance mécanique suffisante. The porosity of passage varies with the nature of the membrane material, the temperature of the molten bath and the composition of the salt, but the common characteristic of useful membranes is that the porosity must be sufficient for all the metal ions to pass such that the aluminum and all electrolytic salts without undissolved impurities passing through. It has been found that the greater the porosity, the greater the current flow and therefore the greater the electrical efficiency of the cell. The porosity can vary from 1 to 97% or more, but generally it is between 30 and 70%. The preferred porosity for obtaining the highest yield is between 90 and 97%. A glassy carbon foam, for example, is capable of giving such a high porosity and of maintaining sufficient mechanical strength.

La dimension associée des pores doit être assez petite pour rejeter les impuretés solides qui n'ont pas été dissoutes, mais elle doit être assez grande pour laisser passer les particules ioniques et dissoutes. Généralement, la dimension acceptable des pores se situe entre 1 H et 1 cm. The associated size of the pores must be small enough to reject solid impurities that have not been dissolved, but it must be large enough to allow the ionic and dissolved particles to pass through. Generally, the acceptable size of the pores is between 1 H and 1 cm.

L'épaisseur du matériau de la membrane est une fonction de sa porosité, de la dimension des pores et de sa capacité à retenir les solides impurs non dissous et du métal en fusion. Evidemment, plus la membrane est épaisse, plus la résistance électrique est grande. Il est par conséquent désirable d'utiliser une membrane aussi mince qu'elle est pratiquement conforme aux normes standard de porosité et de dimension des pores et à la résistance mécanique de la membrane en position dans la cellule. L'épaisseur préférable est comprise entre 3 et 13 mm mais elle peut être aussi épaisse que 50 mm ou plus. The thickness of the membrane material is a function of its porosity, the size of the pores and its ability to retain impure undissolved solids and molten metal. Obviously, the thicker the membrane, the greater the electrical resistance. It is therefore desirable to use a membrane as thin as it practically conforms to standard standards of porosity and pore size and to the mechanical strength of the membrane in position in the cell. The preferable thickness is between 3 and 13 mm but it can be as thick as 50 mm or more.

Des matériaux caractéristiques de membrane qui se sont révélés utiles comprennent mais ne se limitent pas à la mousse de carbone vitreuse, le carbone ou le graphite en forme de solides poreux, de feutre ou de toile, le nitrure d'aluminium, le nitrure de silicium, le carbure de silicium, l'oxynitrure de silicium, le nitrure de bore et le nitrure de titane sous forme de solides poreux, sous forme de toile ou sous la forme d'un revêtement sur la surface d'une mousse de carbone vitreuse ou de graphite poreux. Le nitrure d'aluminium apparaît comme étant le matériau le plus approprié. Il s'est révélé que le nitrure d'aluminium peut être formé de manière appropriée en une structure poreuse en produisant d'abord une structure d'alumine poreuse puis en imprégnant avec du carbone suivi d'un chauffage à 1750°C dans une atmosphère d'azote pour convertir l'alumine en nitrure d'aluminium. Un tel procédé donne comme résultat une structure solide poreuse qui est chimiquement compatible avec le milieu de sel corrosif et l'aluminium en fusion. Typical membrane materials which have been found to be useful include, but are not limited to, glassy carbon foam, carbon or graphite in the form of porous solids, felt or fabric, aluminum nitride, silicon nitride , silicon carbide, silicon oxynitride, boron nitride and titanium nitride in the form of porous solids, in the form of a canvas or in the form of a coating on the surface of a glassy carbon foam or porous graphite. Aluminum nitride appears to be the most suitable material. It has been found that aluminum nitride can be appropriately formed into a porous structure by first producing a porous alumina structure and then impregnating with carbon followed by heating to 1750 ° C in an atmosphere nitrogen to convert the alumina to aluminum nitride. Such a process results in a porous solid structure which is chemically compatible with the corrosive salt medium and molten aluminum.

La composition du bain en fusion The composition of the molten bath

Le bain électrolytique de la présente invention peut varier considérablement en comparaison à la composition de sels de la cellule caractéristique de Hall. Dans la présente invention, la composition du bain peut comprendre n'importe quel sel d'halogénure, en particulier les chlorures et les fluorures sont favoris. Tout métal de terre alcalin comme en particulier le sodium, le potassium, le lithium, le calcium, le magnésium, le barium et autres peut être utilisé pour former les sels d'halogénures. Il n'y a pas de compositions critiques ou de plages de proportion désirées nécessaires. Il a été observé qu'il The electrolytic bath of the present invention can vary considerably in comparison to the salt composition of the hall characteristic cell. In the present invention, the composition of the bath can comprise any halide salt, in particular chlorides and fluorides are preferred. Any alkaline earth metal such as, in particular, sodium, potassium, lithium, calcium, magnesium, barium and the like can be used to form the halide salts. There are no critical compositions or desired proportion ranges required. It has been observed that

8 8

s s

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

9 9

649 102 649 102

n'est pas besoin que du sel d'aluminium soit présent initialement dans l'électrolyte pour produire de l'aluminium sous électrolyse en utilisant l'anode composite. Par exemple, un électrolyte de sel contenant seulement des halogénures de terre alcali et/ou alcalin produira du métal d'aluminium à la cathode en utilisant l'anode composite et sans effet d'anode. aluminum salt does not need to be present initially in the electrolyte to produce aluminum under electrolysis using the composite anode. For example, a salt electrolyte containing only alkali and / or alkaline earth halides will produce aluminum metal at the cathode using the composite anode and without the anode effect.

On préfère généralement que le bain de sel contienne initialement un halogénure d'aluminium, bien que cela ne soit pas nécessaire pour l'application de l'invention. Dans le cas des bains contenant A1C13 qui peuvent contenir seulement des anions de chlorure ou à la fois des anions de chlorure et de fluorure, la concentration en chlorure d'aluminium peut être de 2 à 60% mais peut aussi se trouver dans la plage comprise entre 1 et 95% en poids de A1C13. Le bain tout fluorure peut inclure les mêmes sels de fluorure qu'indiqué précédemment et peut aussi bien contenir du fluorure d'aluminium dans n'importe quelle proportion désirée. It is generally preferred that the salt bath initially contains an aluminum halide, although this is not necessary for the application of the invention. In the case of baths containing A1C13 which may contain only chloride anions or both chloride and fluoride anions, the concentration of aluminum chloride can be from 2 to 60% but can also be in the range included between 1 and 95% by weight of A1C13. The all fluoride bath may include the same fluoride salts as previously indicated and may as well contain aluminum fluoride in any desired proportion.

Parmi les avantages et les désavantages des différents types d'électrolyte on peut remarquer que le bain tout chlorure possède une très faible tolérance à la contamination par les oxydes, mais possède une très haute conductivité et est le moins corrosif aux éléments réfractaires et aux composants de la cellule. Dans les électro-lytes contenant des fluorures, l'aluminium se dépose sous forme de gouttelettes qui s'agglomèrent et se mettent en commun facilement, mais la corrosivité de l'électrolyte sur les matériaux réfractaires et les composants de la cellule augmente fortement. Among the advantages and disadvantages of the different types of electrolyte, it can be noted that the all-chloride bath has a very low tolerance to contamination by oxides, but has a very high conductivity and is the least corrosive to refractory elements and components. the cell. In electro-lytes containing fluorides, aluminum is deposited in the form of droplets which agglomerate and pool easily, but the corrosivity of the electrolyte on refractory materials and components of the cell increases sharply.

Un composant de lithium d'un électrolyte quelconque augmentera la conductivité mais il est coûteux et augmente le coût de l'électrolyte. Il faut donc dans tout fonctionnement tenir compte et trouver un compromis entre le coût de l'électrolyte, la conductivité de l'électrolyte et la consommation d'énergie résultante pour la production d'aluminium. A lithium component of any electrolyte will increase the conductivity but it is expensive and increases the cost of the electrolyte. It is therefore necessary in any operation to take into account and find a compromise between the cost of the electrolyte, the conductivity of the electrolyte and the resulting energy consumption for the production of aluminum.

L'électrolyte préféré est un équilibre entre la cherté des composants de sels, la conductivité, la corrosivité aux matériaux réfractaires et aux composants de la cellule, la tolérance à la contamination par les oxydes et l'agglomération de l'aluminium déposé dans un bassin pour une récupération facile. The preferred electrolyte is a balance between the high cost of the salt components, the conductivity, the corrosivity to refractory materials and to the components of the cell, the tolerance to contamination by oxides and the agglomeration of the aluminum deposited in a basin. for easy recovery.

Exemple 1 : Example 1:

Dans la flg. 1, les anodes sont des plaques de graphite et la cathode est une plaque de diborure de titane. Les anodes furent préparées avec un revêtement 38 comme illustré dans la fig. 2 qui consistait en A1203 purifié par le procédé Bayer calciné à 1000°C et mélangé dans une proportion en poids de cinq parties de A1203 pour une partie de carbone dans la phase cokêfiée. Le carbone fut obtenu en mélangeant A1203 avec une résine phénolique et en chauffant graduellement jusqu'à 1000°C dans une atmosphère inerte pour la cokéfaction de la résine phénolique en carbone. Le revêtement de l'électrode fut préparé en mélangeant A1203 et la résine phénolique en appliquant avec une truelle ou autrement le mélange sur l'électrode, et en chauffant jusqu'à la température de cokéfaction. In flg. 1, the anodes are graphite plates and the cathode is a titanium diboride plate. The anodes were prepared with a coating 38 as illustrated in FIG. 2 which consisted of A1203 purified by the Bayer process calcined at 1000 ° C. and mixed in a proportion by weight of five parts of A1203 for one part of carbon in the coked phase. The carbon was obtained by mixing A1203 with a phenolic resin and gradually heating up to 1000 ° C in an inert atmosphere for the coking of the phenolic resin into carbon. The electrode coating was prepared by mixing A1203 and the phenolic resin by applying the mixture to the electrode with a trowel or otherwise, and heating to the coking temperature.

L'électrolyte consistait en un mélange équimolaire de chlorure de sodium et de chlorure d'aluminium formant le double sel NaAlCl4 à environ 150 C. La température de la cellule fut élevée jusqu'à 700°C et l'électrolyse de A1203 eut lieu pendant plusieurs heures, ce qui produisit une couche d'aluminium fondu sur le fond de la cellule. L'examen de l'anode révéla que le revêtement s'était dissous et que l'aluminium s'était déposé sur la cathode. Ce dépôt d'aluminium était équivalent à la teneur en aluminium de A1203 dissous à l'anode. La réaction de commande générale est supposée être la ionisation de A1203 dans l'anode avec le carbone réagissant pour former essentiellement du C02. Pendant l'électrolyse il n'y a eu aucune évidence de gaz de chlorure dégagé aux anodes et dans le tube de sortie. Le gaz de sortie fut analysé et on détermina que c'était essentiellement du C02. The electrolyte consisted of an equimolar mixture of sodium chloride and aluminum chloride forming the double salt NaAlCl4 at approximately 150 C. The cell temperature was raised to 700 ° C and the electrolysis of A1203 took place during several hours, which produced a layer of molten aluminum on the bottom of the cell. Examination of the anode revealed that the coating had dissolved and that the aluminum had deposited on the cathode. This aluminum deposition was equivalent to the aluminum content of A1203 dissolved at the anode. The general control reaction is assumed to be the ionization of A1203 in the anode with the carbon reacting to form essentially CO2. During electrolysis there was no evidence of chloride gas given off at the anodes and in the outlet tube. The outlet gas was analyzed and determined to be essentially CO2.

Exemple 2: Example 2:

La composition de sel de l'électrolyte consistait en 63% de NaCl, 17% de LiCl, 10% de LiF, 10% de A1C13 et le revêtement de l'électrode de la fig. 2 fut préparé à partir de bauxite A1203 standard et d'un bitume de pétrole qui fut cokéfié pour produire un rapport de 5,7 à 1 de A1203 par rapport au carbone (cokéfié). L'électrolyte fut conduite dans la cellule de la fig. 1 à une température de 750° C. L'espàcement entre l'anode et la cathode était de Vi in., ce qui produisit une densité de courant d'électrode de 15 A/in.2 à une tension imposée de 2,5 V. Aucun gaz de chlore n'a été détecté se dégageant de l'anode. L'aluminium se déposa. L'aluminium récolté fut produit avec un rendement faradique de 92% avec une consommation d'énergie de 3,67 kWh/lb. The salt composition of the electrolyte consisted of 63% NaCl, 17% LiCl, 10% LiF, 10% A1C13 and the electrode coating of fig. 2 was prepared from standard A1203 bauxite and petroleum bitumen which was coked to produce a 5.7 to 1 ratio of A1203 to carbon (coked). The electrolyte was led into the cell in fig. 1 at a temperature of 750 ° C. The spacing between the anode and the cathode was Vi in., Which produced an electrode current density of 15 A / in. 2 at an imposed voltage of 2.5 V. No chlorine gas was detected emerging from the anode. The aluminum settled. The harvested aluminum was produced with a faradic yield of 92% with an energy consumption of 3.67 kWh / lb.

Exemple 3: Example 3:

La composition de sel d'électrolyte consistait en 10% de NaCl, 50% de CaCl2, 20% de CaF2, 20% de A1C13. Le revêtement de l'électrode de la fig. 2 fut préparé comme dans l'exemple 2, mais seulement sur un côté de l'électrode. Les connexions électriques étaient telles que l'anode adjacente au tube de sortie fut connectée à la borne positive, et la borne négative à l'électrode la plus éloignée du tube de sortie. Les côtés revêtus des électrodes 25 et 26 regardaient du côté opposé au tube de sortie et vers la cathode. L'électrode 24 et la cathode n'étaient pas revêtues. Il en résulte que l'électrode 25 n'est pas physiquement connectée à l'alimentation de puissance de courant continu. Cette électrode devient alors bipolaire. Le côté revêtu avec le mélange de A1203-C est ainsi positivement chargé. Le côté de l'électrode bipolaire 25 le plus près du tube de sortie devient négativement chargé sur lequel l'aluminium se dépose et coule dans le bassin de fusion. L'aluminium se dépose aussi sur l'électrode chargée négativement 24 et coule dans le bassin de fusion. La température de fonctionnement de la cellule était de 800° C et la tension imposée était de 3 V par rapport à chaque électrode ou un total de 6 V sur les bornes. Cette tension imposée avec un espacement d'électrode de 19 mm résulta en une densité de courant d'électrode de 2 A/cm2. The electrolyte salt composition consisted of 10% NaCl, 50% CaCl2, 20% CaF2, 20% A1C13. The coating of the electrode of fig. 2 was prepared as in Example 2, but only on one side of the electrode. The electrical connections were such that the anode adjacent to the outlet tube was connected to the positive terminal, and the negative terminal to the electrode furthest from the outlet tube. The coated sides of the electrodes 25 and 26 looked on the side opposite the outlet tube and toward the cathode. The electrode 24 and the cathode were not coated. As a result, the electrode 25 is not physically connected to the DC power supply. This electrode then becomes bipolar. The side coated with the mixture of A1203-C is thus positively charged. The side of the bipolar electrode 25 closest to the outlet tube becomes negatively charged on which the aluminum is deposited and flows into the melting tank. The aluminum is also deposited on the negatively charged electrode 24 and flows into the melting tank. The cell operating temperature was 800 ° C and the imposed voltage was 3 V with respect to each electrode or a total of 6 V on the terminals. This imposed voltage with an electrode spacing of 19 mm resulted in an electrode current density of 2 A / cm2.

Exemple 4: Example 4:

Les électrodes anodes étaient composées de tiges de diborure de titane et l'électrode cathode était aussi du diborure de titane. Les anodes étaient revêtues de bauxite comme dans la fig. 2 qui avait été calcinée à 600° C, mélangée avec de la résine phénolique, et cokéfiée à 800° C. Le rapport d'oxyde d'aluminium dans la bauxite avec le carbone après cokéfaction était de 6 à 1. La composition de sel de l'électrolyte était de 20% de NaCl, 30% de CaCl2,10% de CaF2, 4% de NaF, 36% de A1C13, et la température de fonctionnement était de 750° C avec une densité de courant d'électrode de 15 A/in2. Cela donna comme résultat une tension de 4 V entre les électrodes pour un espacement de % in. environ. On n'observa pas de gaz de chlore. La composition de l'aluminium déposé dans le bassin de fusion était de 97% d'aluminium pur, 0,5% de Si, 1,5% de Fe et 0,9% de Ti avec d'autres constituants mineurs. The anode electrodes were composed of titanium diboride rods and the cathode electrode was also titanium diboride. The anodes were coated with bauxite as in fig. 2 which had been calcined at 600 ° C, mixed with phenolic resin, and coked at 800 ° C. The ratio of aluminum oxide in bauxite to carbon after coking was 6 to 1. The salt composition of electrolyte was 20% NaCl, 30% CaCl2, 10% CaF2, 4% NaF, 36% A1C13, and the operating temperature was 750 ° C with an electrode current density of 15 A / in2. This resulted in a voltage of 4 V between the electrodes for a spacing of% in. about. No chlorine gas was observed. The composition of the aluminum deposited in the melting tank was 97% pure aluminum, 0.5% Si, 1.5% Fe and 0.9% Ti with other minor constituents.

Exemple 5: Example 5:

Dans la cellule de la fig. 3, une membrane poreuse a été utilisée d'un matériau de nitrure d'aluminium ayant une épaisseur de 47 mm ayant une porosité de 50% avec une dimension des pores de l'ordre de 12 à 24 [t. Le nitrure d'aluminium fut obtenu en imprégnant un corps poreux d'alumine avec du carbone puis en chauffant à 1750° C dans une atmosphère d'azote. Le conducteur d'anode était une tige de graphite et le matériau alumineux d'anode était une poudre mélangée de A1203 de Bayer et de carbone dans un rapport de 6 à 1. La composition de sel de l'électrolyte était de 20% de NaCl, 25% de LiCl, 30% de LiF, 25% de A1C13 et l'électrolyse eut lieu à 720°C. L'espacement entre la membrane et le bassin d'aluminium était de 12 mm approximativement et l'électrolyse se fit avec une densité de courant d'anode de 2,35 A/cm2. Cela donna une tension de 2,8 V. L'aluminium fut produit avec un rendement de 92% et avait une pureté de 99,5%. In the cell of fig. 3, a porous membrane was used of an aluminum nitride material having a thickness of 47 mm having a porosity of 50% with a pore size of the order of 12 to 24 [t. Aluminum nitride was obtained by impregnating a porous body of alumina with carbon and then heating to 1750 ° C in a nitrogen atmosphere. The anode conductor was a graphite rod and the aluminous anode material was a mixed powder of Bayer A1203 and carbon in a ratio of 6 to 1. The salt composition of the electrolyte was 20% NaCl , 25% LiCl, 30% LiF, 25% A1C13 and the electrolysis took place at 720 ° C. The spacing between the membrane and the aluminum basin was approximately 12 mm and the electrolysis was carried out with an anode current density of 2.35 A / cm 2. This gave a voltage of 2.8 V. The aluminum was produced with a yield of 92% and had a purity of 99.5%.

Exemple 6: Example 6:

Une composition de sel consistant en 12% de NaF, 25% de LiF, A salt composition consisting of 12% NaF, 25% LiF,

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

30 30

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

649 102 649 102

10 10

28% de LaCl, 15% de LiCl, 10% de A1F3 et 10% de A1C13 fut placée en fusion dans une cellule avec des parois latérales droites. Un bloc d'aluminium de 50 mm d'épaisseur fut fondu sur le fond de la cellule et la température de fonctionnement fut réglée à 700°C. En utilisant une anode comme illustré dans la fig. 2A, un espacement entre le fond de l'anode et le bloc d'aluminium fut ajusté entre 25 et 18 mm. Avec une densité de courant d'anode de 1 A/cm2, le potentiel de la cellule était de 3,5 V. 28% of LaCl, 15% of LiCl, 10% of A1F3 and 10% of A1C13 was placed in fusion in a cell with straight side walls. A 50 mm thick aluminum block was melted on the bottom of the cell and the operating temperature was set at 700 ° C. Using an anode as shown in fig. 2A, a spacing between the bottom of the anode and the aluminum block was adjusted between 25 and 18 mm. With an anode current density of 1 A / cm2, the cell potential was 3.5 V.

Après 8 h d'électrolyse, l'anode fut retirée de la cellule et placée dans une cellule avec des parois latérales à 45° telle que celle illustrée dans la fig. 7. Après quelques heures d'électrolyse, l'anode avait subi une érosion telle que ses côtés étaient parallèles aux parois latérales de la cathode. La profondeur d'immersion de l'anode dans le sel était de 75 mm. En utilisant le même courant total comme dans la cellule à parois droites, le potentiel était de 2,45 V. Ce potentiel plus bas, dû à l'érosion de l'anode latérale à 90% de rendement de courant et à une vitesse de production constante, réduit la consommation de puissance de 11,6 à 8,12 kWh/kg, ce qui est une réduction de 3,48 kWh/kg. After 8 h of electrolysis, the anode was removed from the cell and placed in a cell with side walls at 45 ° such as that illustrated in fig. 7. After a few hours of electrolysis, the anode had undergone an erosion such that its sides were parallel to the side walls of the cathode. The depth of immersion of the anode in the salt was 75 mm. Using the same total current as in the straight-walled cell, the potential was 2.45 V. This lower potential, due to the erosion of the lateral anode at 90% current efficiency and at a speed of constant production, reduces power consumption from 11.6 to 8.12 kWh / kg, which is a reduction of 3.48 kWh / kg.

Exemple 7; Example 7;

Une composition de sel consistant en 20% de NaCl, 25% de LiCl, 25% de LiF, 10% de NaF, 10% de A1F3,10% de A1C13 fut fondue dans une cellule à parois latérales droites. Un bloc d'aluminium de 2 in. d'épaisseur fut fondu sur le fond de la cellule, et la température de fonctionnement réglée à 700°"C. En utilisant une anode composite de 30 cm de long avec une barre bus en cuivre ajustée à une extrémité de manière conventionnelle, l'espacement anode-cathode fut réglé à 18-25 mm. Avec une densité de courant d'anode de 1 A/cm2 le potentiel de la cellule était de 5,75 V une fois l'équilibre atteint. A salt composition consisting of 20% NaCl, 25% LiCl, 25% LiF, 10% NaF, 10% A1F3, 10% A1C13 was melted in a cell with straight side walls. A 2 in aluminum block. thick was melted on the bottom of the cell, and the operating temperature adjusted to 700 ° C. Using a composite anode 30 cm long with a copper bus bar adjusted at one end in a conventional manner, the anode-cathode spacing was set to 18-25 mm With an anode current density of 1 A / cm2 the cell potential was 5.75 V once equilibrium was reached.

Une anode identique, mais avec une pente de 45° sur l'extrémité opposée à la barre bus, fut introduite dans une cellule avec des parois latérales à 45° comme celle illustrée dans la fig. 4. La profondeur d'immersion de l'anode dans le sel était de 75 mm. Après quelques heures d'électrolyse, pour s'assurer que l'angle sur l'anode était le même que celui des parois latérales de la cellule, le potentiel requis pour obtenir le même courant total que celui qui avait été utilisé dans la cellule à parois latérales droites était de 4,4 V. Ce potentiel plus faible, dû à l'érosion de l'anode latérale à 90% du rendement du courant et à une vitesse de production constante entre les deux types de cellules, réduit la consommation de puissance de 19 à 14,5 kWh/kg, ce qui est une réduction de 4,5 kWh/kg. An identical anode, but with a slope of 45 ° on the end opposite to the busbar, was introduced into a cell with side walls at 45 ° like that illustrated in fig. 4. The depth of immersion of the anode in the salt was 75 mm. After a few hours of electrolysis, to ensure that the angle on the anode was the same as that of the side walls of the cell, the potential required to obtain the same total current as that which had been used in the cell to straight side walls was 4.4 V. This lower potential, due to erosion of the side anode at 90% of the current efficiency and a constant production speed between the two types of cells, reduces the consumption of power from 19 to 14.5 kWh / kg, which is a reduction of 4.5 kWh / kg.

La réduction de la consommation de puissance avec un courant constant entre celle utilisée dans la cellule traditionnelle où le fond de l'anode seulement subit une érosion et celle utilisée dans une cellule à cathode inclinée est évidente avec cet exemple. The reduction in power consumption with a constant current between that used in the traditional cell where the bottom of the anode only undergoes erosion and that used in a tilted cathode cell is evident with this example.

Exemple 8: Example 8:

Une anode fut faite en utilisant de rAl203 (Alcoa A-l) mélangé avec du brai et du matériau phénolique et moulé dans une matrice fermée en y appliquant de la chaleur pour durcir le composant phé-5 nolique. Le taux des composants était tel qu'après cokéfaction l'anode composite contenait 17% de carbone et 83% de A1203. L'électrolyte consistait en 20% de NaCl, 20% de LiCl, 30% de LiF et 25% de NaF, à une température de fonctionnement de 700°C. Une cellule comme celle illustrée dans la fig. 4 fut utilisée, mais sans 10 y ajouter un bloc d'aluminium. Après plusieurs heures d'électrolyse à 700° C environ, l'aluminium récupéré dans le puits montrant l'anode composite produira de l'aluminium sous électrolyse sans l'emploi initial d'un sel d'aluminium dans l'électrolyte. An anode was made using rAl203 (Alcoa A-1) mixed with pitch and phenolic material and molded into a closed matrix by applying heat to cure the phe-nolic component. The content of the components was such that after coking the composite anode contained 17% carbon and 83% A1203. The electrolyte consisted of 20% NaCl, 20% LiCl, 30% LiF and 25% NaF, at an operating temperature of 700 ° C. A cell like the one illustrated in fig. 4 was used, but without adding an aluminum block to it. After several hours of electrolysis at approximately 700 ° C, the aluminum recovered in the well showing the composite anode will produce aluminum under electrolysis without the initial use of an aluminum salt in the electrolyte.

Exemple 9: Example 9:

Une cellule à parois latérales droites telle que celle illustrée dans la fig. 3 fut utilisée, mais sans la membrane 68 et la tige d'anode 52. Au lieu, un cylindre de carbone fut monté juste au-dessus de la couche d'électrolyte de sel dans laquelle fut introduite une section 20 courte d'anode telle que celle illustrée dans la fig. 2A. On ajouta sur le haut de cette anode courte précuite et autour des tiges de conducteur 37 un mélange de A1203, de la poudre de coke de pétrole et un mélange de bitumes/brais. Les mélanges de A1203, de poudre de coke et de bitumes/brais étaient tels qu'ils produisaient 18% de 25 carbone et 82% de A1203 lorsque cokéfiés à la température de l'électrolyte de sel de 740° C. Un électrolyte de sel consistant en 10% de NaF, 20% de LiF, 20% de NaCl, 15% de LiCl, 20% de A1F3 et 10% de A1C13 fut utilisé. La connexion électrique sur les tiges conductrices 37 fut réalisée avec des cosses dans la région froide au-dessus du niveau de la composition d'anode du type Soderberg dans le cylindre de carbone. L'électrolyse eut lieu avec une densité de courant d'anode de 10 A/in.2 avec un espacement de 1 à Vi in. entre le bassin d'aluminium et l'anode. L'électrolyse se poursuivit avec des additions de A1203, de carbone, de bitume/brai dans le cylindre de carbone et l'alimentation en continu de l'anode qui se durcit et se cokéfia au fur et à mesure qu'elle entrait dans l'électrolyte de sel. Les tiges conductrices d'aluminium fondaient au fur et à mesure que l'anode se consummait et rejoignait le bassin de cathode 32 d'aluminium. A cell with straight side walls such as that illustrated in FIG. 3 was used, but without the membrane 68 and the anode rod 52. Instead, a carbon cylinder was mounted just above the salt electrolyte layer into which a short section of anode was introduced such as than that illustrated in fig. 2A. A mixture of A1203, petroleum coke powder and a mixture of bitumen / pitch was added to the top of this short prebaked anode and around the conductor rods 37. The mixtures of A1203, coke powder and bitumen / pitches were such that they produced 18% carbon and 82% A1203 when coked at the salt electrolyte temperature of 740 ° C. A salt electrolyte consisting of 10% NaF, 20% LiF, 20% NaCl, 15% LiCl, 20% A1F3 and 10% A1C13 was used. The electrical connection on the conductive rods 37 was made with lugs in the cold region above the level of the Soderberg type anode composition in the carbon cylinder. The electrolysis took place with an anode current density of 10 A / in.2 with a spacing of 1 to Vi in. between the aluminum basin and the anode. The electrolysis continued with additions of A1203, carbon, bitumen / pitch in the carbon cylinder and the continuous supply of the anode which hardened and coked as it entered the salt electrolyte. The aluminum conductive rods melted as the anode was consumed and joined the cathode basin 32 of aluminum.

40 40

La même expérience fut faite en utilisant un rectangle de carbone, des blocs précuits rectangulaires et des feuilles d'aluminium comme cela est illustré dans la fig. 10. Les feuilles d'aluminium avaient une épaisseur de 1,5 mm et les blocs précuits avaient une épaisseur de 50 mm. La connexion électrique fut établie en utilisant des galets sur chaque feuille d'aluminium. Au fur et à mesure que l'anode avançait, des blocs précuits supplémentaires étaient introduits entre les feuilles d'aluminium. The same experiment was made using a carbon rectangle, pre-baked rectangular blocks and aluminum foil as shown in fig. 10. The aluminum sheets were 1.5 mm thick and the precooked blocks were 50 mm thick. The electrical connection was made using rollers on each sheet of aluminum. As the anode advanced, additional precooked blocks were introduced between the aluminum sheets.

5 5

R R

3 feuilles dessins 3 sheets of drawings

Claims (15)

649102649102 1. Cellule d'électrolyse pour la production électrolytique d'aluminium dans un électrolyte en fusion, comprenant au moins une anode et une cathode, caractérisée en ce que l'anode renferme un composé oxygéné de l'aluminium en quantité suffisante pour produire de l'aluminium au cours de l'électrolyse, un réducteur mélangé et en contact avec le composé oxygéné de l'aluminium et présent en quantité suffisante pour réagir à l'anode, puis pour former de l'aluminium métallique à la cathode, le rapport pondéral du composé oxygéné exprimé en A1203 au réducteur étant d'au moins 1,5, l'anode comportant au moins un conducteur interne (36, 37, 52,108) de conductivité électrique supérieure à celle du mélange de réducteur et de composé oxygéné de l'aluminium et en contact, d'une part, 1. Electrolysis cell for the electrolytic production of aluminum in a molten electrolyte, comprising at least one anode and a cathode, characterized in that the anode contains an oxygenated aluminum compound in sufficient quantity to produce l aluminum during electrolysis, a reducing agent mixed and in contact with the oxygenated aluminum compound and present in sufficient quantity to react at the anode, then to form metallic aluminum at the cathode, the weight ratio of the oxygenated compound expressed in A1203 to the reducing agent being at least 1.5, the anode comprising at least one internal conductor (36, 37, 52.108) of electrical conductivity greater than that of the mixture of reducing agent and of oxygenated compound of the aluminum and in contact, on the one hand, avec un conducteur électrique principal et, d'autre part, avec ledit mélange pour conduire le courant électrique à travers ledit mélange, le conducteur interne s'étendant jusqu'à l'extrémité de l'anode à l'interface entre l'anode et l'électrolyte, et par des moyens (34, 92) maintenant sensiblement constant l'écartement entre l'anode et la cathode pendant que l'anode s'érode en produisant de l'aluminium. with a main electrical conductor and, on the other hand, with said mixture for conducting the electric current through said mixture, the internal conductor extending to the end of the anode at the interface between the anode and the electrolyte, and by means (34, 92) keeping the spacing between the anode and the cathode substantially constant while the anode is eroding while producing aluminum. 2. Cellule selon la revendication 1, destinée à opérer à une température de l'électrolyte supérieure à la température de fusion de l'aluminium, caractérisée en ce que le conducteur interne de l'anode est en aluminium et est disposé dans le mélange de manière à fondre dans l'électrolyte à une vitesse sensiblement proportionnelle à la vitesse à laquelle l'anode s'érode. 2. Cell according to claim 1, intended to operate at a temperature of the electrolyte higher than the melting temperature of aluminum, characterized in that the internal conductor of the anode is made of aluminum and is arranged in the mixture of so as to melt in the electrolyte at a speed substantially proportional to the speed at which the anode erodes. 2 2 REVENDICATIONS 3. Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce que le mélange de réducteur et de composé oxygéné de l'aluminium est sous forme d'au moins deux couches (94) adjacentes et que le conducteur interne comprend une feuille métallique (108) disposée entre les couches et formant avec celles-ci une structure unitaire. 3. Cell according to claim 1, characterized in that the mixture of reducing agent and oxygenated aluminum compound is in the form of at least two adjacent layers (94) and that the internal conductor comprises a metal sheet (108) disposed between the layers and forming with them a unitary structure. 4. Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens pour maintenir sensiblement constant l'écartement entre l'anode et la cathode sont agencés pour recueillir l'aluminium en fusion, produit à la cathode, dans un compartiment (92) afin que l'accumulation de l'aluminium en fusion ne modifie par ledit écarte-ment. 4. Cell according to claim 1, characterized in that the means for keeping the spacing between the anode and the cathode substantially constant are arranged to collect the molten aluminum, produced at the cathode, in a compartment (92) so that the accumulation of molten aluminum does not modify said separation. 5. Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'électrolyte est entièrement composé de fluorures. 5. Cell according to claim 1, characterized in that the electrolyte is entirely composed of fluorides. 6. Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'anode et la cathode présentent des surfaces actives (76, 79) qui sont obliques par rapport à l'axe des électrodes. 6. Cell according to claim 1, characterized in that the anode and the cathode have active surfaces (76, 79) which are oblique to the axis of the electrodes. 7. Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'écartement entre l'anode et la cathode est inférieur à 12,5 mm. 7. Cell according to claim 1, characterized in that the spacing between the anode and the cathode is less than 12.5 mm. 8. Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'anode est placée dans une membrane poreuse (60) renfermant ledit composé de l'aluminium et ledit réducteur. 8. Cell according to claim 1, characterized in that the anode is placed in a porous membrane (60) containing said aluminum compound and said reducing agent. 9. Cellule selon la revendication 8, caractérisée par des moyens d'alimentation (54) aptes à remplir continuellement la membrane avec ledit composé et ledit réducteur. 9. Cell according to claim 8, characterized by supply means (54) capable of continuously filling the membrane with said compound and said reducing agent. 10. Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit conducteur interne est sous la forme d'un noyau longitudinal central entouré dudit mélange. 10. Cell according to claim 1, characterized in that said internal conductor is in the form of a central longitudinal core surrounded by said mixture. 11. Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit conducteur interne est sous la forme d'une âme métallique (36) disposée longitudinalement dans l'anode. 11. Cell according to claim 1, characterized in that said internal conductor is in the form of a metal core (36) disposed longitudinally in the anode. 12. Cellule selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit conducteur interne comprend plusieurs branches de conducteur (37, 108) espacées les unes des autres et s'étendant au travers dudit mélange. 12. Cell according to claim 1, characterized in that said internal conductor comprises several conductor branches (37, 108) spaced from each other and extending through said mixture. 13. Utilisation de la cellule selon la revendication 1 pour la production électrolytique d'aluminium. 13. Use of the cell according to claim 1 for the electrolytic production of aluminum. 14. Utilisation selon la revendication 13, caractérisée en ce que la température de l'électrolyte est de 10 à 150°C supérieure au point de fusion de l'aluminium. 14. Use according to claim 13, characterized in that the temperature of the electrolyte is 10 to 150 ° C higher than the melting point of aluminum. 15. Utilisation selon la revendication 13 de la cellule selon la revendication 5, le réducteur étant apte à réagir en produisant des ions métalliques destinés à être réduits en métal sur la cathode. 15. Use according to claim 13 of the cell according to claim 5, the reducing agent being capable of reacting by producing metal ions intended to be reduced to metal on the cathode.
CH2825/80A 1979-06-27 1980-04-11 ELECTROLYTIC CELL FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION OF ALUMINUM. CH649102A5 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US5257879A 1979-06-27 1979-06-27
US06/062,135 US4338177A (en) 1978-09-22 1979-07-30 Electrolytic cell for the production of aluminum
US06/118,972 US4342637A (en) 1979-07-30 1980-02-06 Composite anode for the electrolytic deposition of aluminum

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CH649102A5 true CH649102A5 (en) 1985-04-30

Family

ID=27368170

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH2825/80A CH649102A5 (en) 1979-06-27 1980-04-11 ELECTROLYTIC CELL FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION OF ALUMINUM.

Country Status (12)

Country Link
AU (1) AU536925B2 (en)
BR (1) BR8002316A (en)
CH (1) CH649102A5 (en)
DE (1) DE3012694A1 (en)
ES (1) ES490556A0 (en)
FR (1) FR2459842A1 (en)
GB (1) GB2051864B (en)
IT (1) IT1143193B (en)
NL (1) NL8002381A (en)
NO (1) NO801022L (en)
NZ (1) NZ193092A (en)
SE (1) SE8002797L (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4405433A (en) * 1981-04-06 1983-09-20 Kaiser Aluminum & Chemical Corporation Aluminum reduction cell electrode
US4557817A (en) * 1984-11-13 1985-12-10 Aluminum Company Of America Reduced voltage electrode design
US4552638A (en) * 1984-11-13 1985-11-12 Aluminum Company Of America Electrode assembly having improved current distribution for use in an electrolytic reduction cell
US4824543A (en) * 1987-12-02 1989-04-25 Aluminum Company Of America Electrode design for increased current distribution
JPH02503695A (en) * 1987-12-28 1990-11-01 アルミナム カンパニー オブ アメリカ Salt-based melting method
CN111430661B (en) * 2020-04-09 2022-03-15 烟台鑫盛源新材料有限公司 Conductive slurry for lithium ion battery aluminum foil electrode, aluminum foil and preparation method

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB511076A (en) * 1937-03-16 1939-08-14 Verwertung Chemisch Tech Verfa Improvements in or relating to processes for the manufacture of anodes for use in the production of aluminium, beryllium, magnesium, or alkali earth metals by electrolysis of fused starting materials
FR830063A (en) * 1937-03-16 1938-07-20 Verwertung Chemisch Tech Verfa Anode for apparatus for the preparation by igneous electrolysis of magnesium, glucinium and similar metals
GB825872A (en) * 1955-06-20 1959-12-23 Ichiro Egami Improvements in or relating to the electrolytic production of magnesium
AU427351B1 (en) * 1966-05-23 1972-08-23 Comalco Aluminium Chell Bay) Limited And Universityof Tasmania Anodes forthe electrolytic production of aluminium and aluminium alloys
FR2015295A1 (en) * 1968-08-08 1970-04-24 Kaiser Aluminium Chem Corp Electrolytic production of al in which fresh electrolyte - is added to maintain uniform concentration
AU506485B2 (en) * 1976-06-09 1980-01-03 National Research Development Corp. Packed, bed electrorefining
PL200993A1 (en) * 1976-09-22 1978-04-24 Aluminum Co Of America METHOD OF CLEANING ALUMINUM ALLOYS AND DEVICE FOR CLEANING ALUMINUM ALLOYS
US4115215A (en) * 1976-09-22 1978-09-19 Aluminum Company Of America Aluminum purification
DE2805374C2 (en) * 1978-02-09 1982-07-15 Vereinigte Aluminium-Werke Ag, 5300 Bonn Process for the production of aluminum by molten electrolysis

Also Published As

Publication number Publication date
IT8048400A0 (en) 1980-04-11
NZ193092A (en) 1983-09-30
GB2051864A (en) 1981-01-21
FR2459842A1 (en) 1981-01-16
AU5742780A (en) 1981-01-08
BR8002316A (en) 1980-12-30
NL8002381A (en) 1980-12-30
AU536925B2 (en) 1984-05-31
IT1143193B (en) 1986-10-22
SE8002797L (en) 1980-12-28
ES8104440A1 (en) 1981-04-16
DE3012694A1 (en) 1981-01-22
ES490556A0 (en) 1981-04-16
NO801022L (en) 1980-12-29
GB2051864B (en) 1984-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4338177A (en) Electrolytic cell for the production of aluminum
US5527442A (en) Refractory protective coated electroylytic cell components
US4342637A (en) Composite anode for the electrolytic deposition of aluminum
US3028324A (en) Producing or refining aluminum
EP0663022B1 (en) The application of refractory borides to protect carbon-containing components of aluminium production cells
US6139704A (en) Application of refractory borides to protect carbon-containing components of aluminum production cells
US4308115A (en) Method of producing aluminum using graphite cathode coated with refractory hard metal
US10557207B2 (en) Electrorefining of magnesium from scrap metal aluminum or magnesium alloys
US6719889B2 (en) Cathode for aluminum producing electrolytic cell
US5320717A (en) Bonding of bodies of refractory hard materials to carbonaceous supports
US5028301A (en) Supersaturation plating of aluminum wettable cathode coatings during aluminum smelting in drained cathode cells
CH649102A5 (en) ELECTROLYTIC CELL FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION OF ALUMINUM.
WO2010037220A1 (en) Composite materials for wettable cathodes and use thereof for aluminium production
US6001236A (en) Application of refractory borides to protect carbon-containing components of aluminium production cells
FR2533590A1 (en) PROCESS FOR THE ELECTROLYTIC PREPARATION OF ALUMINUM FROM ALUMINUM CHLORIDE
RU2281987C2 (en) Porous aluminum-wetting ceramic material
CA2651060C (en) Electrolysis pot for obtaining aluminium
RU2716569C1 (en) Method for cryolite alumina melts electrolysis using solid cathodes
EP0069681B1 (en) Cell for the electrolytic production of a metal from its halide
JPH05263285A (en) Electrode for electrolyzing aluminum
FR2661425A1 (en) Process for the electrolytic preparation of lanthanum or of its alloys with nickel in a molten fluoride medium
RU2716726C1 (en) Method of applying protective coating on electrolytic cell cathodes for aluminum production
FR2500488A1 (en) Electrolytic prodn. of aluminium - in high current density cell with titanium di:boride particle cathode bed
FR2563539A1 (en) Cathode for use in metal producing electrolytic cells
CH109527A (en) Process for the electrolytic preparation of high purity aluminum.

Legal Events

Date Code Title Description
PL Patent ceased