CS202530B2 - Method of the continuous production of aluminium by electrolysis of aluminium trichloride - Google Patents
Method of the continuous production of aluminium by electrolysis of aluminium trichloride Download PDFInfo
- Publication number
- CS202530B2 CS202530B2 CS726860A CS686072A CS202530B2 CS 202530 B2 CS202530 B2 CS 202530B2 CS 726860 A CS726860 A CS 726860A CS 686072 A CS686072 A CS 686072A CS 202530 B2 CS202530 B2 CS 202530B2
- Authority
- CS
- Czechoslovakia
- Prior art keywords
- bath
- aluminum chloride
- aluminum
- electrolysis
- metal
- Prior art date
Links
- VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K aluminium trichloride Chemical compound Cl[Al](Cl)Cl VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K 0.000 title claims abstract description 95
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 25
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 18
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 title claims description 4
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 title 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 40
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 40
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 11
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 8
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 10
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 abstract description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 239000003518 caustics Substances 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 4
- 229910001507 metal halide Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000005309 metal halides Chemical class 0.000 description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 4
- VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N tetrachloromethane Chemical compound ClC(Cl)(Cl)Cl VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- -1 alumina Chemical class 0.000 description 2
- 229910001610 cryolite Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 2
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M sodium fluoride Chemical compound [F-].[Na+] PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 2
- IRPGOXJVTQTAAN-UHFFFAOYSA-N 2,2,3,3,3-pentafluoropropanal Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)C=O IRPGOXJVTQTAAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K Aluminum fluoride Inorganic materials F[Al](F)F KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001514 alkali metal chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001508 alkali metal halide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000008045 alkali metal halides Chemical class 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001634 calcium fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 1
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001805 chlorine compounds Chemical group 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L magnesium fluoride Chemical compound [F-].[F-].[Mg+2] ORUIBWPALBXDOA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910001635 magnesium fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000693 micelle Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011775 sodium fluoride Substances 0.000 description 1
- 235000013024 sodium fluoride Nutrition 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
- C25C3/18—Electrolytes
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)
Abstract
Description
Vynález se týká způsobu plynulé výroby hliníku elektrolýzou chloridu hlinitého, rozpuštěného v roztaveném rozpouštědle o vyšším elektrCckém rozkladném potenciálu, než jaký má chlorid hlinitý, u něhož se zavádí kysličník kovu do elektrolytické lázně chloridu hHnitého a rozpouštědla, a chlorid hlinitý se přivádí Ůo lázně k nahrazení rozloženého chloridu hlinitého. . 'The invention relates to a process for the continuous production of aluminum by electrolysis of aluminum chloride dissolved in a molten solvent having a higher electrical decomposition potential than aluminum chloride in which the metal oxide is introduced into the electrolyte bath of carbon tetrachloride and solvent and aluminum chloride is supplied to the bath for replacement. decomposed aluminum chloride. . '
Po dobu více než 80 let je běžným způsobem výroby hliníku velmi dobře známý postup podle HHa a K^e^c^vuta, při kterém se kysličník hlinitý, rozpuštěný ve fl.uoridové lázni (hlavně kryolitu), redukuje elektrolyticky. Výroba hliníku elektrolýzou clhLoridú hlinitého, rozpuštěného v roztaveném elektrolytu, složeném z jednoho nebo několika halogenidů o vyš:-, ším · elektrikám rozkladném potenciálu, než má chlorid hlinitý, například halogenid alkalického kovu a halogenid kovu žíravých zemin, byla popsána v literatuře, například v Ztschr.For more than 80 years, the conventional method for producing aluminum has been well known in the art of HHa and Kutacut, in which alumina dissolved in a fluoride bath (mainly cryolite) is reduced electrolytically. The production of aluminum by the electrolysis of aluminum chlorides dissolved in a molten electrolyte composed of one or more halides having higher potentials of decomposition potential than aluminum chloride, for example an alkali metal halide and a caustic earth metal halide, has been described in the literature, e.g. Ztschr.
f. Elektrochem. 54- 210, ame^^ých patentových spisech č. 1 296 575, 1 854 684, 2 919 234,f. Electrochem. Nos. 54-210, U.S. Patent Nos. 1,296,575, 1,854,684, 2,919,234, U.S. Pat.
103 472, jakož i kanadském patentovém spise č. 502 977- ,103,472, as well as Canadian Patent No. 502,977,
Ačkolivvýroba hliníku elektrolýzou chloridu hlinitého má určité potenciální výhody ve srovnání s postupem podle Hala a Kerouuta, jako je například práce při nižší teplotě a bez spotřeby uhlíkových elektrod oxidací kyslíkem, který se vyvíjí při elektrolýze kys.ičníku hlinitého, nevýhody tohoto-postupu převážily uvedené výhod;/, a výroba hliníku elektrolýzou · chloridu hlinitého nebyla dosud zvládnuta po stránce obchodní.Although aluminum production by aluminum chloride electrolysis has some potential advantages over the Hal and Kerouut process, such as working at a lower temperature and without the consumption of carbon electrodes by oxygen oxidation that develops during the electrolysis of alumina, the disadvantages of this process outweigh the advantages ; and, aluminum production by electrolysis of aluminum chloride has not yet been mastered in commercial terms.
Hlavní problémy, které účinně vylučovaly obchodně přijatelnou ekonomickou plynulou elektrolýzu chloridu hlinitého, rozpuštěného v roztavených solích nad teplotou tání hliníku, pramení z pří torno o ti kysličníků kovů, jako je kysličník hlinitý, kysličník křemičitý, kysličník titaniči-tý apod., v elektrolytické lázni. Kyyličníky kovů v lázni, a zejména ne202530The major problems that effectively eliminated the commercially acceptable economical continuous electrolysis of aluminum chloride dissolved in molten salts above the melting point of aluminum stems from the presence of three metal oxides such as alumina, silica, titanium dioxide and the like in an electrolytic bath. . Metal oxides in the bath and in particular not
202530 rozpuštěné kysličníky - kovů, jsou primárním faktorem, nebot způsobují, že se na katodách elektrolyzéru postupně hromadí viskozní vrstvy jemně rozdělených pevných látek na kapalné složky lázně i kapičky roztaveného hliníku.202530 dissolved metal oxides are the primary factor, as they cause the viscous layers of finely divided solids to gradually build up on the cathodes of the electrolyzer to form the liquid bath components and droplets of molten aluminum.
Shora uvedená vrstva, dále označována jako kal, inhibuje nebo ruší nepřerušovaný přístup elektrolytické lázně ke katodám -s tím výsledkem, že po vyčerpání chloridu hliniéého' elektrolýzou kalové vrstvy, se elektrolyzuje rozpouštědlo lázně v kalu a průvodní ztrátou proudové účinnosti při výrobě hliníku. Kalová vrstva- rovněž brání cirkulaci - elektrolytické lázně s doprovodným dalším snížením elektrické účinnosti.The above layer, hereinafter referred to as sludge, inhibits or interferes with uninterrupted access of the electrolytic bath to the cathodes, with the result that, after the depletion of aluminum chloride by electrolysis of the sludge layer, the bath solvent in the sludge is electrolyzed and concomitant loss of current efficiency in aluminum production. The sludge layer also prevents circulation - an electrolytic bath with a concomitant further reduction in electrical efficiency.
Jestliže ještě lázeň obsahuje halogenid alkalického kovu.nebo halogenid- kovu žíravých zemin jako rozpouštědlo chloridu hlinitého, jsou uhlíkaté katody v elektrolyzéru napadeny alkalicým kovem nebo kovem žíravých zemin, vzniklým elektrolýzou - takových ' sooi, což způsobuje odlupování na katodách s jejich rozpadem., čímž se mění vzdálenost mezi anodou a katodou, zvyšují se náklady na údržbu, jakož i se zavádějí do elektrolytu částic uhlíku,. přispívajících ke vzniku kalu na katodě.If the bath still contains an alkali metal or caustic metal halide as an aluminum chloride solvent, the carbon cathodes in the electrolyzer are attacked by the alkali metal or caustic earth metal formed by the electrolysis of such salts, causing peeling of the cathodes with their disintegration, thereby decomposing them. the distance between the anode and cathode changes, maintenance costs are increased as well as introduced into the electrolyte of the carbon particles. contributing to the formation of sludge on the cathode.
Problém tvorby kalu, podmíněný přítomnootí kysličníků kovů v lázni je dále komppikován tou skutečnost, že, řečeno obecně, čím nižší je koncentrace chloridu hlinitého v lázni, tím lepší je elektrická vodivost z hlediska optimální elektrické vodivosti lázně,’se ; kterou souvvsí k omezení spotřeby energie na minimum, je žádoucí pracovat při' elektrolýze za koncentrace chloridu hlinitého' v lázni 1 až 15 % hmoOnolSníihJ přičemž však za takové koncentrace chloridu hlinitého se kysličníky kovů rozpo^tě;)! v lázni jen velmi nepatrně. Práce při žádoucí Conccetr.aci chloridu hlinitého zvětšuje takto problém tvorby kalu.The problem of sludge formation due to the presence of metal oxides in the bath is further complicated by the fact that, generally speaking, the lower the concentration of aluminum chloride in the bath, the better the electrical conductivity in terms of the optimal electrical conductivity of the bath . souvvsí which to reduce energy consumption to a minimum, it is desirable to operate at a 'concentration by electrolysis of aluminum chloride in the bath 1 to 15% hmoOnolSníih J whereas at such concentrations of aluminum chloride, metal oxides budget ^ I;)! in the bath only very slightly. Working with the desired aluminum chloride concentration thus increases the problem of sludge formation.
Další nevýhodou přítomno o ti kysličníků kovů v elektrolytické ·' lázni je okoonost, - že rozpuštěné kysličníky kovů maj nižší elektrický rozkladný potenncál, než chlorid hlinitý, i při elektrolyzování se uvolňuje na anodách elektrolyzé™ kyslík.A further disadvantage of the three metal oxides present in the electrolysis bath is that the dissolved metal oxides have a lower electrical decomposition potential than aluminum chloride, even when electrolyzing oxygen is released on the electrodes.
Uhík je z praktických důvodů nejvýhodnějším mma-eri^em pro anody, avšak vyvíjeeí.cí se kyslík reaguje s uhlíkem za vytvoření plynných kysličníků. Taková spotřeba uhlíku na anodě ovlivňuje nepříznivě celou pracovní ihar!l:CeeittiCu elektrolyzé™, změněnou· - vzdáleností anody od katody, jakož i zvyšováním nákladů na anodu. .For practical reasons, carbon is the most preferred mm for the anodes, but the evolving oxygen reacts with carbon to form gaseous oxides. Such anode consumption of carbon at the anode adversely affects the entire working temperature of the electrolyzer, altered by the distance of the anode from the cathode, and by increasing the cost of the anode. .
Poddtata způsobu plynulé výroby ' hliníku elektrolýzou chloridu hlinitého podle vynálezu spočívá v tom, že se mooství kysličníku kovu v elektrolytické lázni udržuje v ' hmotnostních procentech (vyjádřeno jako kyslík) v rozmezí stopy až 0,25 %.The principle of the process for the continuous production of aluminum by the aluminum chloride electrolysis according to the invention consists in maintaining the amount of metal oxide in the electrolysis bath in a percentage by weight (expressed as oxygen) in the range of trace to 0.25%.
Podle výhodného provedení vynálezu se množív! kysličníku v lázni udržuje - v rozmezí stopy až do 0,05 %According to a preferred embodiment of the invention, they multiply. maintains - in the trace range up to 0.05%
Při výrobě hliníku podle vynálezu se chlorid hlinitý, rozpuštěný v roztavené soli o vyšším elektr^kém rozkladném potenciálu, než jaký má chlorid hlinitý, jako je halogenid alkalického kovu nebo halogenid kovu žíravých zemin, plynule elektricky rozkládá, přičemž koncentrace chloridu hlinitého v elektrolytické lázni ze soli a chloridu hlinitého je v rozmezí od 1 až 15 % fanoonnosních, a s výhodou od 3 až do 10 % ^оШо^и!^, a udržuje se v těchto rozmezích přidáváním chloridu - hlinitého plynule nebo přerušovaně tak, aby se v lázni nahradil chlorid hlinitý, který byl působením elektrolýzy rozložen. .In the production of aluminum according to the invention, aluminum chloride dissolved in molten salt with a higher electrical decomposition potential than aluminum chloride such as an alkali metal or caustic earth metal halide is continuously electrically decomposed, the concentration of aluminum chloride in the electrolytic bath being salt and aluminum chloride is in the range of from 1 to 15% fanoonose, and preferably from 3 to 10%, and is maintained in these ranges by the addition of aluminum chloride continuously or intermittently to replace the chloride in the bath. aluminum, which was decomposed by electrolysis. .
Vzniklý roztavený hliník klesá v lázni - ke dnu, a může se odvádět jakýkoli vhodným způsobem, jako je odpich nebo odsátí násoskou z elektrolyzéru.The resulting molten aluminum sinks in the bath - to the bottom, and can be drained in any suitable way, such as tapping or sucking off the electrolyzer.
Bylo zjištěno, že při plynulém - provádění výše uvedeného postupu (např. po dobu více než 700 hodin) za podnínek, kdy se zaváděj do elektrolytické lázně kysličníky kovů, je vysoce dUežžté, aby se kl]Ocentrlie kysličníků kovů, vyjádřená - jako kyslík, udržovala pod stopy až 0,25 % ^ηο^κ^η!^, a s výhodou pod 0,1 % hmoonosních a nejvýhodněji pod 0,5 % hmotnostních. K^ys^ličníky kovů, jako.je kysličník hlinitý, kysličník křemičitý (křemík se zde pokládá za kov, ačkoliv se jedná o polokov),.kysličník železitý, kysličník titaoičitý a kysličník vápenatý, jsou pouze nepatrně rozpustné. v elektrolytické lázni a· jak to bylo již zde uvedeno dříve, jsou kysličníky kovů hlavní příčinoú tvorby výše uvedeného a nežádoucího kalu. Dále ačkoliv jsou kysličníky kovů pouze nepatrně rozpustné v lázni, uvolňuje se elektrolýzou rozpuštěných kysličníku kyslík na uhlíkových anodách v elektrolyzéru, oxiduje se uhlík za současného zvětšování se vzdálenosti anody od katody v elektrolyzéru, · a v důsledku toho se postupně zvyšuje elektrický odpor. 'It has been found that in the continuous operation of the above process (e.g., for more than 700 hours) under the conditions of the introduction of metal oxides into the electrolytic bath, it is highly important that the metal oxide concentration, expressed as oxygen, maintained below traces up to 0.25% by weight, and preferably below 0.1% by weight, and most preferably below 0.5% by weight. Metal oxides such as alumina, silica (silicon is considered to be a metal here although it is a metal), iron oxide, titanium dioxide and calcium oxide are only slightly soluble. in an electrolytic bath and, as mentioned hereinbefore, metal oxides are a major cause of the formation of the above and undesirable sludge. Further, although the metal oxides are only slightly soluble in the bath, oxygen is released by dissolving the oxygen on the carbon anodes in the electrolyzer, carbon is oxidized while increasing the distance of the anode from the cathode in the electrolyzer, and consequently increasing electrical resistance. '
Udržžje-li se koncentrace kysličníků kovů v lázni pod 0,25 % hmoonosních, jak to bylo uvedeno výše, můíže se provádět elektrolýza chloridu hlinitého nekonečně dlouho, aniž vzniká kal na katodách v takových množsvích, která by škodlivě ovlivňovala průběh postupu nebo zařízení. ‘ Naapíklad postup se dá nekonečně dlouho provádět se vzdálenootí· anody od katody pod 2,5 cm, s katodovou hustotou proudu asi 10 A, s napětím mezi anodou a katodou pod 5 V, a s proudovou účinnootí nad 80 % s přihlédnutím k elektrickému rozkladu . chloridu hlinitého.If the concentration of the metal oxides in the bath is kept below 0.25%, as mentioned above, the aluminum chloride electrolysis can be carried out indefinitely without the formation of sludge on the cathodes in such amounts as to adversely affect the process or apparatus. For example, the process can be performed indefinitely with an anode-to-cathode spacing of less than 2.5 cm, a cathode current density of about 10 A, anode-cathode voltage of less than 5 V, and a current efficiency of over 80% taking into account electrical decomposition. aluminum chloride.
Kylíčníky kovů se mohou dostat do lázně různými způsoby, například jako nedčetoty ve složkách lázně, například v chloridu hliniéém nebo rozpouštědle. Rovněž vlhkost, která prosakuje do elektrolyz^u, nebo je příComné v jeho stěnách nebo ve složkách lázně, použitých při postupu, reaguje s roztaverým hlinkkem v elektrolyz^u za vzniku kysličníku hlinitého. Podobně stykem s obložením elektrolyzéru nebo s jeho jinými strukturálními čás!mi, pokud obsalhtuí kysličníky kovů, jako jsou · žáruvzdorné hmoty, obsahnuicí kysličník hlinitý · .nebo kysličník křemiččtý, se mohou dostat takové · kysličníky do lázně.The metal oxides can be introduced into the bath in a variety of ways, for example as neglect in the bath components, for example in aluminum chloride or a solvent. Also, moisture that leaks into or is present in its walls or in the bath components used in the process reacts with the molten clay in the electrolysis to form alumina. Similarly, by contact with the lining of the electrolyzer or other structural parts thereof, if it contains metal oxides, such as refractory materials containing alumina or silicon dioxide, such oxides may enter the bath.
Při výrobě hliníku podle vynálezu je řízen přívod kysličníků kovů do. lázně, jak je shora uvedeno. Dále při plynulém provádění elektrolytcckého postupu s doprovodrým nepřerušovaným nebo přerušovaným přívodem chloridu hlinitého do lázně za účelem nahrazení · elektrolyzovaného chloridu hlinitého je pro udržování výše zmíněné nízké koncentrace kysličníků kovů v lázni zvláště důležité, aby chlorid hlinitý přiváděný do lázně obsahoval celkově.pod 0,25 % hmoSnosSních kysličníků kovů, s výhodou pod 0,1 % a dokonce nejvýhodnnji pod 0,05 % hmoSnostníih.In the production of the aluminum according to the invention, the supply of metal oxides to the process is controlled. bath as above. Furthermore, in a continuous electrolytic process with concomitant intermittent or intermittent feeding of aluminum chloride to the bath to replace the electrolyzed aluminum chloride, it is particularly important that the aluminum chloride fed to the bath contain a total of below 0.25 to maintain the aforementioned low metal oxide concentration in the bath. % of the metal oxide, preferably below 0.1% and even more preferably below 0.05%.
Zde uvedené odkazy na kysličníky kovů zahrnuji kyslíka-té sloučeniny, obsáhuicí další ionty kromě Kovu a kyslíku, například ’ hydroxylialogenidy a s:χyntriáy.References herein to metal oxides include oxygen-containing compounds containing other ions in addition to Metal and oxygen, for example, hydroxylialides and polymers.
Při výhodném provádění postupu podle vynálezu pozůstává pouuitý‘vseektrolyt v podstatě z jednoho nebo několika halogenidů alkalických kovů nebo kovů.žíravých zemin s vyšším elektríký^m rozklddným potenciálem než má chlorid hlinitý, přičemž výhodnými halogenidy jsou chloridy a postup se provádí za teploty pod 730 °C, ale nad teplotou tání hliníku (660 °Č).In a preferred embodiment of the present invention, the electrolyte used consists essentially of one or more alkali metal or caustic earth metal halides with a higher electrical decomposition potential than aluminum chloride, with the preferred halides being below 730 ° C. C, but above the melting point of aluminum (660 ° C).
Například jako elektrolyt je zvlášt ·vhodná směs stejrých h]mSnostních dílů chloridu sodného a chloridu lUhného. Je samozřejmé, že se mohou přidat do lázně i další složky - je-li to žádoucí - k úpravě ilharakteristickýih vlastností ·lázně. . .For example, a mixture of equal parts of sodium chloride and carbon tetrachloride is particularly suitable as the electrolyte. It goes without saying that other ingredients may be added to the bath - if desired - to adjust the characteristics of the bath. . .
Při výrobě hliníku podle vynálezu lze ponu^ elektrolyzéry známých typů, pouužvv jcí oddělených mososo0árních elektrod . nebo oddělených bipolárních elektrod mezi anodovými a katodovými svorkami.In the production of aluminum according to the invention, electrolysers of known types can be used using separate brass electrodes. or separate bipolar electrodes between the anode and cathode terminals.
Se zřeteeem na vyloučení vlhkosti z elektrolyzéru, jakož i na odstraňování jalynných materiálů, vznnkajících v elektrolyzéru je žádo^u!, aby byl elektrolyzér uzavřen · s výjimkou jednoho nebo několika vývodů pro takové plynné mojnřilly, a jednoho nebo několika přívodů pro chlorid hlinitý do elektrolyz^u. .With regard to the elimination of moisture from the electrolyser as well as to the removal of jaline materials formed in the electrolyser, it is desired that the electrolyser be closed, with the exception of one or more outlets for such gaseous micelles, and one or more aluminum chloride inlets to the electrolyser ^ u. .
Jak to již bylo naznačeno, je rovněž žkasucí . vyvarovat se pouuítí jakýchkooi mojeriálů, jimiž se mohou vnést kysličníky kovů do lázně, v těch konstrukčních částech elektrolyzéru, kde tyto ěásti procházejí do styku s elektrolytickou lázní.As already indicated, it is also chewy. Avoid using any material through which metal oxides can be introduced into the bath in those parts of the electrolyzer where these parts come into contact with the electrolytic bath.
Rovněž před zahájením výroby hliníku v novém elektrolyzéru je žádoucí odstranit vlhkost, která je přítomna ve stěnách elektrolyzéru, elektrodách a dalších konstrukčních částech, aby totiž nedocházelo к reakci takové vlhkosti s roztaveným hliníkem za vzniku kysličníku hlinitého v lázni.It is also desirable to remove the moisture present in the electrolyzer walls, electrodes and other components prior to commencing aluminum production in the new electrolyser, in order to prevent such moisture from reacting with molten aluminum to form alumina in the bath.
Vlhkost se dá pohodlně odstranit přívodem roztaveného elektrolytů do elektrolyzéru a udržováním elektrolytu na zvýšené teplotě tak dlouho, až se vlhkost v elektrolyzéru odpaří a unikne jeho otvory, jako jsou vývody pro páry, vzniklé během elektrolýzy.Moisture can be conveniently removed by supplying molten electrolytes to the electrolyzer and maintaining the electrolyte at an elevated temperature until the moisture in the electrolyzer evaporates and escapes its openings, such as vapor outlets formed during electrolysis.
Použití výěe uvedených podmínek při reakci umožňuje podstatné ekonomické úspory při výrobě hliníku elektrolýzou chloridu, hlinitého jako důsledek zvýšení elektrické účinnosti tím, že se zabrání tvorbě kalu a poškozování elektrod, jakáž i snížení nákladů na udržování uhlíkových anod i katod.The use of the above conditions in the reaction allows for substantial economic savings in aluminum production by electrolysis of aluminum chloride as a result of increased electrical efficiency by preventing sludge formation and electrode damage, as well as reducing the cost of maintaining both the carbon anodes and cathodes.
Jestliže se příležitostně při provádění postupu podle vynálezu ukáže, Že množství nerozpuštěného kysličníku kovu v lázni se zvýší tak, že koncentrace kysličníků kovů v. lázni překročí předem stanovenou hladinu, dá se taková situace napravit různými způsoby.If it is occasionally found in the process that the amount of undissolved metal oxide in the bath is increased such that the concentration of metal oxides in the bath exceeds a predetermined level, such a situation can be remedied in various ways.
Tak je možno oddělit nerozpuštěný kysličník kovu od lázně například filtrací, čímž se sníží koncentrace kysličníku kovu v lázni na žádoucí hladinu. Jinou možností je změna podmínek provádění elektrolytického postupu, a to dočasně tak, že sé nerozpuštěný kysličník kovu v lázni rozpustí, a pokračuje se v elektrolýze, až koncentrace kysličníku kovu v lázni se vrátí na žádanou hladinu.Thus, undissolved metal oxide can be separated from the bath by, for example, filtration, thereby reducing the concentration of metal oxide in the bath to the desired level. Another possibility is to change the electrolytic process conditions temporarily by dissolving the undissolved metal oxide in the bath and continuing the electrolysis until the metal oxide concentration in the bath returns to the desired level.
swith
Například se dá rozpuštěný kysličník v lázni rozpustit dočasným zvýšením kapacity lázně, takže se rozpustí kysličník kovu, který je přítomný, zvýšením koncentrace chloridu hlinitého v lázni, nebo snížením teploty lázně dostačujícím způsobem tak, že se rozpustí další kysličník kovu a elektrolyzuje se,až se koncentrace kysličníku kovu vrátí zpět na předem stanovenou hodnotu, načež se obnoví buň předchozí koncentrace chloridu hlinitého v lázni, nebo teplota lázně.For example, the dissolved oxide in the bath can be dissolved by temporarily increasing the capacity of the bath so as to dissolve the metal oxide present, by increasing the concentration of aluminum chloride in the bath, or by lowering the bath temperature sufficiently to dissolve additional metal oxide and electrolyze until the metal oxide concentration returns to a predetermined value, after which the cell of the previous concentration of aluminum chloride in the bath or the temperature of the bath is recovered.
Jinou cestou ke zvýšení kapacity lázně к rozpuštění kysličníků kovů je odstranění kysličníku kovu jeho rozkladem elektrickým proudem tím, Že se к lázni přidají další složky, vhodné pro takový účel. Například používá-li se jako rozpouštědla v lázni pro chlorid hlinitý chloridu alkalického kovu, potom malá koncentrace fluoridu, například asi 1 % hmotnostní, vyjádřeno jako fluor, se dá zavést do lázně к tomu účelu; dá se použít fluorid hořečnatý, fluorid hlinitý, fluorid sodný, fluorid vápenatý nebo kryolit.Another way to increase the capacity of the bath to dissolve the metal oxides is to remove the metal oxide by decomposing it with an electric current by adding additional components suitable for the purpose to the bath. For example, if an alkali metal chloride is used as the solvent in the aluminum chloride bath, then a small concentration of fluoride, for example about 1% by weight, expressed as fluorine, can be introduced into the bath for this purpose; magnesium fluoride, aluminum fluoride, sodium fluoride, calcium fluoride or cryolite may be used.
Dalším postupem je snížení proudové hustoty, použité v elektrolyzéru, na hladinu, při které se rychlost elektrolýzy rozpuštěného kysličníku kovu zvýší oproti rychlosti elektrolýzy chloridu hlinitého, a tato snížená proudová hustota se udržuje, až proběhne elektrolýza dostatečného množství kysličníku kovu, takže se množství kysličníku kovu v lázni vrátí na očekávanou úroveň. Potom se může proudová hustota zvýšit, a vrátí se na půvobní úroveň.Another method is to reduce the current density used in the electrolyser to a level at which the rate of electrolysis of the dissolved metal oxide increases over that of the aluminum chloride electrolysis, and this reduced current density is maintained until sufficient metal oxide is electrolyzed so that the amount of metal oxide is in the bath returns to the expected level. Thereafter, the current density may increase and return to the free level.
Jako specifický příklad způsobu podle vynálezu se vyrábí hliník plynulou elektrolýzou chloridu hlinitého za teploty 695 až 700 °C v elektrolyzéru majícím kovový plášt s· elektrolytickou komorou vyloženou taveným kysličníkem křemičitým, pojeným nitridem křemíku; komora obsahuje grafitovou anodou v horní části a grafitovou katodu v dolní Části.As a specific example of the process of the invention, aluminum is produced by the continuous electrolysis of aluminum chloride at a temperature of 695 to 700 ° C in an electrolyser having a metal sheath with an electrolysis chamber lined with fused silica bonded with silicon nitride; the chamber comprises a graphite anode at the top and a graphite cathode at the bottom.
Mezi anodou a katodou a v odstupu od nich jsou dvě odděleně grafitové desky, uložené vodorovně, jedna nad druhou, takže tím vznikají tři elektrolytická oddělení mezi anodou a katodou, přičemž shora uvedené grafitové desky působí jako bipolární elektrody.Between the anode and the cathode and at a distance therefrom there are two separate graphite plates arranged horizontally, one above the other, thus creating three electrolytic compartments between the anode and the cathode, wherein the above graphite plates act as bipolar electrodes.
Vzdálenost mezi každou z proti sobě uložených elektrod je asi 2,5 cm. Elektrolyzár Je uzavřen s výjimkou vstupu v horní Části pro přívod chloridu hlinitého do elektrolytické lázně, výstupu v horní části pro chlor a páry chloridu hlinitého, které unikly, jakož i vývodu pro vzniklý roztavený hliník.The distance between each of the opposing electrodes is about 2.5 cm. The cell is closed except for the inlet at the top of the aluminum chloride inlet to the electrolysis bath, the outlet at the top for the chlorine and the aluminum chloride vapors that have escaped, and the outlet for the molten aluminum formed.
Výše uvedená elektrolytická oddělení se udržují v ponoření do elektrolytické lázně, sestávající v podstatě z chloridu sodného a chloridu lithného a navíc asi 6 až 7 % hmotnostních chloridu hlinitého.,The aforementioned electrolytic compartments are kept immersed in an electrolytic bath consisting essentially of sodium chloride and lithium chloride and additionally about 6 to 7% by weight of aluminum chloride.
Chlorid hlinitý, obsahující celkově méně než 0,03 % hmotnostních kysličníků kovů a v podstatě prostý vlhkosti, se přivádí do lázně plynule tak, aby nahradil chlorid hlinitý, který byl rozložen, a aby udržel obsah chloridu hlinitého v lázni na úrovni 6 až 7 % hmotnostních.Aluminum chloride, containing less than 0.03% by weight of metal oxides in total and substantially free of moisture, is fed continuously to the bath to replace the aluminum chloride that has been decomposed and to maintain the aluminum chloride content of the bath at 6-7% % by weight.
Elektrolyzér pracoval plynule asi 120 dní za napětí asi 3,3 V na elektrolytickém oddělení, a s průměrnou katodovou proudovou hustotou 8,5 A na 2,5 cm bez pozorovatelné tvorby kalu v lázni.The electrolyzer was operated continuously for about 120 days at a voltage of about 3.3 volts in the electrolytic compartment, and with an average cathode current density of 8.5 A per 2.5 cm without observable sludge formation in the bath.
Koncentrace kysličníků kovů (vyjádřeno jako kyslík) v elektrolytické lázni zůstává pod asi 0,002 % hmotnostních lázně během postupu. Vzniklý roztavený hliník, který vzniká, se hromadí v nižší části elektrolytické komory a periodicky se odtahuje. Spotřebuje se 5,2 kW hodin elektrické energie na 4,5 kg vyrobeného hliníku.The concentration of metal oxides (expressed as oxygen) in the electrolytic bath remains below about 0.002% by weight of the bath during the process. The resulting molten aluminum that is formed accumulates in the lower part of the electrolysis chamber and is withdrawn periodically. It consumes 5.2 kW of electricity per 4.5 kg of aluminum produced.
Claims (2)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US19265371A | 1971-10-26 | 1971-10-26 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CS202530B2 true CS202530B2 (en) | 1981-01-30 |
Family
ID=22710521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CS726860A CS202530B2 (en) | 1971-10-26 | 1972-10-11 | Method of the continuous production of aluminium by electrolysis of aluminium trichloride |
Country Status (20)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US3725222A (en) |
| JP (1) | JPS5215043B2 (en) |
| AT (1) | AT327578B (en) |
| AU (1) | AU453929B2 (en) |
| BR (1) | BR7207305D0 (en) |
| CA (1) | CA981209A (en) |
| CH (1) | CH555410A (en) |
| CS (1) | CS202530B2 (en) |
| DD (1) | DD99610A5 (en) |
| DE (1) | DE2251262C2 (en) |
| FR (1) | FR2158238B1 (en) |
| GB (1) | GB1403893A (en) |
| IT (1) | IT966362B (en) |
| NL (1) | NL155891B (en) |
| PH (1) | PH9821A (en) |
| PL (1) | PL82400B1 (en) |
| RO (1) | RO60672A (en) |
| SE (1) | SE396776B (en) |
| YU (1) | YU249272A (en) |
| ZA (1) | ZA727061B (en) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4179345A (en) * | 1979-02-26 | 1979-12-18 | Aluminum Company Of America | Controlled wettability graphite electrodes for selective use in electrolysis cells |
| US4179346A (en) * | 1979-02-26 | 1979-12-18 | Aluminum Company Of America | Selective use of wettable and non-wettable graphite electrodes in electrolysis cells |
| US4397822A (en) * | 1982-03-17 | 1983-08-09 | Murtha Marlyn J | Process for the recovery of alumina from fly ash |
| FR2524495A1 (en) * | 1982-03-31 | 1983-10-07 | Pechiney Aluminium | PROCESS FOR THE CONTINUOUS OBTAINMENT OF ALUMINUM BY CARBOCHLORATION OF ALUMINA AND IGNITION ELECTROLYSIS OF THE OBTAINED CHLORIDE |
| US4493784A (en) * | 1984-01-30 | 1985-01-15 | Atlantic Richfield Company | Dehydration of aluminum chloride hexahydrate |
| US6258247B1 (en) * | 1998-02-11 | 2001-07-10 | Northwest Aluminum Technology | Bath for electrolytic reduction of alumina and method therefor |
| US6497807B1 (en) | 1998-02-11 | 2002-12-24 | Northwest Aluminum Technologies | Electrolyte treatment for aluminum reduction |
| US6066247A (en) * | 1998-04-23 | 2000-05-23 | Sharma; Ram A. | Method for producing aluminum metal from aluminum trichloride |
| US6436272B1 (en) | 1999-02-09 | 2002-08-20 | Northwest Aluminum Technologies | Low temperature aluminum reduction cell using hollow cathode |
| US6428675B1 (en) | 2000-07-13 | 2002-08-06 | Alcoa Inc. | Low temperature aluminum production |
| WO2013114391A2 (en) | 2012-01-04 | 2013-08-08 | Keki Hormusji Gharda | A process for manufacturing aluminium from bauxite or its residue |
| WO2015123502A1 (en) * | 2014-02-13 | 2015-08-20 | Phinix, LLC | Electrorefining of magnesium from scrap metal aluminum or magnesium alloys |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3103472A (en) * | 1963-09-10 | Electrolytic production of aluminum | ||
| US1206874A (en) * | 1915-03-02 | 1916-12-05 | Gulf Refining Co | Utilization of aluminum-chlorid residues. |
| US1942522A (en) * | 1926-11-22 | 1934-01-09 | Weber Julius | Electrolytic extraction of pure aluminum |
| FR1124194A (en) * | 1955-03-30 | 1956-10-05 | Pechiney | Improvements to chlorofluorine baths used in igneous electrolysis |
| US2919234A (en) * | 1956-10-03 | 1959-12-29 | Timax Associates | Electrolytic production of aluminum |
| US3518172A (en) * | 1967-02-24 | 1970-06-30 | Dow Chemical Co | Process for the electrolysis of aluminum chloride |
-
1971
- 1971-10-26 US US00192653A patent/US3725222A/en not_active Expired - Lifetime
-
1972
- 1972-09-01 AU AU46232/72A patent/AU453929B2/en not_active Expired
- 1972-09-11 CA CA151,416A patent/CA981209A/en not_active Expired
- 1972-09-12 SE SE7211732A patent/SE396776B/en unknown
- 1972-09-12 GB GB4234172A patent/GB1403893A/en not_active Expired
- 1972-09-15 PH PH13909A patent/PH9821A/en unknown
- 1972-10-03 ZA ZA727061A patent/ZA727061B/en unknown
- 1972-10-04 YU YU02492/72A patent/YU249272A/en unknown
- 1972-10-11 CS CS726860A patent/CS202530B2/en unknown
- 1972-10-12 NL NL7213843.A patent/NL155891B/en not_active IP Right Cessation
- 1972-10-13 DE DE2251262A patent/DE2251262C2/en not_active Expired
- 1972-10-16 IT IT53404/72A patent/IT966362B/en active
- 1972-10-18 CH CH1521572A patent/CH555410A/en not_active IP Right Cessation
- 1972-10-19 BR BR7305/72A patent/BR7207305D0/en unknown
- 1972-10-19 JP JP72104090A patent/JPS5215043B2/ja not_active Expired
- 1972-10-19 RO RO72565A patent/RO60672A/ro unknown
- 1972-10-19 DD DD166348A patent/DD99610A5/xx unknown
- 1972-10-19 PL PL1972158371A patent/PL82400B1/pl unknown
- 1972-10-19 FR FR7237157A patent/FR2158238B1/fr not_active Expired
- 1972-10-19 AT AT894372A patent/AT327578B/en active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| NL155891B (en) | 1978-02-15 |
| DE2251262C2 (en) | 1983-10-20 |
| DE2251262A1 (en) | 1973-05-03 |
| CA981209A (en) | 1976-01-06 |
| US3725222A (en) | 1973-04-03 |
| JPS5215043B2 (en) | 1977-04-26 |
| ATA894372A (en) | 1975-04-15 |
| FR2158238A1 (en) | 1973-06-15 |
| AU453929B2 (en) | 1974-10-17 |
| FR2158238B1 (en) | 1975-01-03 |
| JPS4850910A (en) | 1973-07-18 |
| IT966362B (en) | 1974-02-11 |
| GB1403893A (en) | 1975-08-28 |
| AT327578B (en) | 1976-02-10 |
| ZA727061B (en) | 1973-07-25 |
| SE396776B (en) | 1977-10-03 |
| PL82400B1 (en) | 1975-10-31 |
| RO60672A (en) | 1976-10-15 |
| NL7213843A (en) | 1973-05-01 |
| DD99610A5 (en) | 1973-08-12 |
| CH555410A (en) | 1974-10-31 |
| AU4623272A (en) | 1974-03-07 |
| BR7207305D0 (en) | 1973-10-09 |
| YU249272A (en) | 1982-02-28 |
| PH9821A (en) | 1976-03-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA1054556A (en) | Electrowinning of gallium | |
| JPH0653953B2 (en) | Low temperature alumina electrolysis | |
| US3114685A (en) | Electrolytic production of titanium metal | |
| US5725744A (en) | Cell for the electrolysis of alumina at low temperatures | |
| CS202530B2 (en) | Method of the continuous production of aluminium by electrolysis of aluminium trichloride | |
| US2864749A (en) | Process for the production of titanium metal | |
| US6676824B2 (en) | Process for purification of molten salt electrolytes | |
| US2908619A (en) | Production of titanium | |
| US2975111A (en) | Production of titanium | |
| US3137641A (en) | Electrolytic process for the production of titanium metal | |
| US3501387A (en) | Continuous process for the electrolytic production of aluminum | |
| US3464900A (en) | Production of aluminum and aluminum alloys from aluminum chloride | |
| US4135994A (en) | Process for electrolytically producing aluminum | |
| US2707170A (en) | Electrodeposition of titanium | |
| US3082159A (en) | Production of titanium | |
| US2939823A (en) | Electrorefining metallic titanium | |
| US2055359A (en) | Electrolytic process for producing magnesium | |
| US3364127A (en) | Method for producing caustic soda and chlorine by means of electrolysis of sea water or other similar saltish water | |
| US3508908A (en) | Production of aluminum and aluminum alloys | |
| US2270376A (en) | Process of treating alkali metal hydroxide solutions | |
| US2880151A (en) | Electrolytic production of magnesium metal | |
| US2898276A (en) | Production of titanium | |
| NO139668B (en) | SUSPENSION STOCK. | |
| NL8002381A (en) | ELECTROLYTIC CELL. | |
| US4595466A (en) | Metal electrolysis using a low temperature bath |