DE102010041081B4 - Cathode for electrolysis cells - Google Patents
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Abstract
Kathode (1) für eine Elektrolysezelle zur Gewinnung von Aluminium aus seinem Oxid in einem Elektrolysebad, aufweisend einen dem Elektrolysebad zugewandten oberen Teil (1a) und einen unteren Teil (1b), welcher mit Anschlüssen (1b1) für die Stromzuleitung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Teil (1a) und der untere Teil (1b) zumindest abschnittsweise über eine Zwischenschicht (1c) lösbar miteinander verbunden sind.A cathode (1) for an electrolytic cell for recovering aluminum from its oxide in an electrolytic bath, comprising an upper part (1a) facing the electrolytic bath and a lower part (1b) provided with terminals (1b1) for the power supply, characterized in that the upper part (1a) and the lower part (1b) are detachably connected together at least in sections via an intermediate layer (1c).
Description
Die Erfindung betrifft eine Kathode für eine Elektrolysezelle zur Gewinnung von Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse.The invention relates to a cathode for an electrolytic cell for the production of aluminum by fused-salt electrolysis.
Für die industrielle Gewinnung von Aluminium aus seinem Oxid wird gegenwärtig das so genannte ”Hall-Héroult-Verfahren” eingesetzt. Hierbei handelt es sich um ein Elektrolyseverfahren, bei dem Aluminiumoxid (Al2O3) in geschmolzenem Kryolith (Na3[AlF6]) gelöst wird und das so erzeugte Gemisch als Flüssigelektrolyt in einer Elektrolysezelle dient Der prinzipielle Aufbau einer solchen Elektrolysezelle zur Durchführung des Hall-Héroult-Verfahrens ist schematisch in den
Mit dem Bezugszeichen
Über die Länge der Zelle hinweg ist in die Kathode
Mit den Bezugszeichen
Wie in der Seitenansicht der
Bei herkömmlichen Kathodenblöcken sind im Wesentlichen alle Bestandteile aus nur einem Material hergestellt. Dieses wird jedoch nicht der Tatsache gerecht, dass an die verschiedenen Teile einer Kathode für ein Schmelzflusselektrolyseverfahren verschiedene Anforderungen gestellt werden. So findet im Bereich des Elektrolysebads oder in demjenigen Teil der Kathode, welche in dem beschriebenen Verfahren mit dem geschmolzenen Aluminium in Berührung gelangt, ein Materialverlust durch Verschleiß des Kathodenmaterials statt, insbesondere durch chemische und mechanische Vorgänge bei dem Elektrolysevorgang, wie etwa durch Strömungsbewegungen. Es ist aus diesem Grund notwendig, die Kathode von Zeit zu Zeit zu erneuern, d. h. in diesem Fall die gesamte Auskleidung der Elektrolysezelle auszutauschen. Im Allgemeinen findet ein solcher Wechsel etwa alle 1500 bis 3000 Tage statt. Darüber hinaus müssen bezüglich der einzelnen Bestandteile Kompromisse in Bezug auf ihre optimale Auslegung gemacht werden, da die Anforderungen an die einzelnen Bestandteile teilweise miteinander unvereinbar sind. Außerdem ist es notwendig, aufgrund des häufigen Austauschens des gesamten Materials, wie z. B. Kathodenblöcke, Stampfmasse, Seiteneinfassung und Isolationsmaterial, auf hochwertige Materialien zu verzichten, um die Aluminiumherstellungskosten nicht übermäßig ansteigen zu lassen.In conventional cathode blocks, substantially all components are made of only one material. However, this does not do justice to the fact that various requirements are placed on the various parts of a cathode for a fused-salt electrolysis process. Thus, in the region of the electrolytic bath or in that part of the cathode which comes into contact with the molten aluminum in the process described, material loss takes place by wear of the cathode material, in particular by chemical and mechanical processes in the electrolysis process, such as by flow movements. It is therefore necessary to renew the cathode from time to time, d. H. in this case, replace the entire lining of the electrolytic cell. In general, such a change takes place approximately every 1500 to 3000 days. Moreover, compromises have to be made with regard to the individual components with regard to their optimal design, as the requirements for the individual components are in part incompatible with one another. In addition, it is necessary, due to the frequent replacement of the entire material, such. As cathode blocks, ramming mass, side enclosure and insulation material to dispense with high quality materials, so as not to increase the aluminum production costs excessively.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Kathode für eine Elektrolysezelle zur Gewinnung von Aluminium anzugeben, mit der sich die genannten Nachteile des Standes der Technik überwinden lassen, mit der insbesondere eine Materialkostenersparnis erzielen lässt und gleichzeitig die Kathode bezüglich ihrer Funktion optimiert werden kann.It is therefore an object of the invention to provide a cathode for an electrolysis cell for the production of aluminum, which can overcome the aforementioned disadvantages of the prior art, with the particular material cost savings can be achieved while the cathode can be optimized in terms of their function.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kathode mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by a cathode with the features of
Eine Kathode für eine Elektrolysezelle zur Gewinnung von Aluminium aus seinem Oxid in einem Elektrolysebad gemäß den Ausführungsformen der Erfindung weist folgendes auf: a) einen dem Elektrolysebad zugewandten oberen Teil und b) einen unteren Teil, welcher mit Anschlüssen für die Stromzuleitung versehen ist. Erfindungsgemäß sind der obere Teil und der untere Teil zumindest abschnittsweise über eine Zwischenschicht lösbar miteinander verbunden. Der obere Teil stellt dabei eine Bodenwanne dar, die im Einsatz in direktem Kontakt mit dem Elektrolysebad ist. A cathode for an electrolytic cell for recovering aluminum from its oxide in an electrolytic bath according to the embodiments of the invention comprises: a) an upper portion facing the electrolytic bath, and b) a lower portion provided with terminals for the power supply. According to the invention, the upper part and the lower part are detachably connected to each other at least in sections via an intermediate layer. The upper part represents a bottom pan, which is in use in direct contact with the electrolytic bath.
Unter dem Begriff „Kathode” wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung der obere Teil in Verbindung mit dem unteren Teil bezeichnet. Im Sinne der Erfindung wird der Begriff Kathode ganz allgemein aufgefasst.The term "cathode" in the context of the present invention refers to the upper part in conjunction with the lower part. For the purposes of the invention, the term cathode is generally understood.
Es kann sich dabei z. B. – aber nicht ausschließlich – um einen so genannten Kathodenboden handeln, der aus einer Mehrzahl von Kathodenblöcken aufgebaut ist, so dass die erfindungsgemäßen Kernaspekte – nämlich der oben beschriebene Aufbau aus einem oberen Teil in Verbindung mit einem unteren Teil – von diesem Kathodenboden als Ganzes realisiert werden. Mit dem Begriff Kathode sollen aber auch die einen solchen Kathodenboden bildenden Teilstrukturen im Sinne von Kathodenblöcken angesprochen sein, Alle Merkmale, die in Verbindung mit einer „Kathode” zur Erfindung beitragen können, tun dieses in derselben Weise in Verbindung mit einem Kathodenblock”, ohne dass dies im Folgenden jeweils ausdrücklich erläutert werden müsste.It may be z. B. - but not exclusively - to act as a so-called cathode bottom, which is composed of a plurality of cathode blocks, so that the core aspects of the invention - namely the structure described above from an upper part in conjunction with a lower part - of this cathode bottom as a whole will be realized. The term cathode, however, is also intended to refer to the substructures forming such a cathode bottom in the sense of cathode blocks. All features that can contribute to the invention in conjunction with a "cathode" do so in the same way in conjunction with a cathode block " this would have to be explained explicitly below.
Aufgrund der zweigeteilten Ausgestaltung der Kathode ist es möglich, die unterschiedlichen Funktionsbereiche bei der Herstellung zu optimieren. So dient der obere Teil dazu, bei dem Verfahren den flüssigen Elektrolyten sowie das Endprodukt, nämlich das geschmolzene Aluminium aufzunehmen.Due to the two-part design of the cathode, it is possible to optimize the different functional areas in the production. Thus, the upper part serves to accommodate in the process the liquid electrolyte as well as the final product, namely the molten aluminum.
Der obere Bereich, der auch als ”Verbrauchsanteil” der Kathode bezeichnet werden kann, soll bezüglich seiner Konstruktion möglichst widerstandsfähig gegen Verschleiß, wie etwa infolge mechanischer, thermischer und/oder chemischer Belastung, sein. Aufgrund der Tatsache, dass der obere Bereich auf jeden Fall aufgrund des Verbrauchs von Kathodenmaterial bei der Elektrolysereaktion gelegentlich ausgewechselt werden muss, sollten die Kosten für das Material des oberen Bereichs niedrig gehalten werden. Der untere Teil der Kathode ist demgegenüber auf eine optimale Stromzuführung und Stromverteilung auszulegen. Aufgrund dieser Zweiteilung, wie sie Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, können nunmehr die beiden Teile (oberer Teil und unterer Teil) getrennt voneinander gefertigt und anschließend über die Zwischenschicht zusammengefügt werden. So kann jeder Teil bezüglich seiner Funktion optimiert werden, ohne dass dieses die Funktion des jeweils anderen Teils negativ beeinflusst. So kann beispielsweise der untere Teil aus qualitativ hochwertigerem, teurem, jedoch auch wenig verschleißfestem Material ausgebildet werden, da er von dem Verschleiß bzw. verschleißbedingten Austausch des oberen Teils nicht betroffen wird. Insgesamt wird hierdurch eine beträchtliche Materialkostenersparnis erzielt, da nicht in jedem Fall eine ganze Kathode von dem Austausch betroffen ist, bzw. alle Kathodenblöcke ausgetauscht werden müssen.The upper region, which may also be referred to as the "consumption fraction" of the cathode, should be as resistant as possible to wear, for example as a result of mechanical, thermal and / or chemical stress, with respect to its construction. In any case, due to the fact that the upper area occasionally needs to be replaced due to the consumption of cathode material in the electrolysis reaction, the cost of the upper area material should be kept low. In contrast, the lower part of the cathode is to be designed for optimum current supply and current distribution. Due to this division into two parts, as is the feature of the present invention, now the two parts (upper part and lower part) can be manufactured separately from each other and then joined together via the intermediate layer. Thus, each part can be optimized in terms of its function, without this affecting the function of the other part negative. Thus, for example, the lower part of higher quality, expensive, but also less resistant to wear material are formed because it is not affected by the wear or wear-related replacement of the upper part. Overall, this results in a considerable savings in material costs, since not in every case a whole cathode is affected by the exchange, or all cathode blocks have to be replaced.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass der untere Teil durch die Zwischenschicht vor chemischen Einflüssen aus dem Elektrolysebad geschützt werden kann. Die Zwischenschicht ermöglicht also nicht nur erst einen in einen oberen Teil und einen unteren Teil getrennten Aufbau, sondern hilft auch, dass der Vorteil, dass der untere Teil aus hochwertigem Material herstellbar ist, nicht durch bis zum unteren Teil vordringende korrosive Flüssigkeiten oder Gase, wie z. B flüssiges Aluminium oder Elektrolytbestandteile, wieder zunichte gemacht wird.Another advantage of the invention is that the lower part can be protected by the intermediate layer from chemical influences from the electrolytic bath. Thus, the intermediate layer not only allows a first separate in an upper part and a lower part structure, but also helps that the advantage that the lower part is made of high quality material, not by penetrating to the lower part corrosive liquids or gases, such as z. B liquid aluminum or electrolyte components, is nullified.
Die Zwischenschicht, welche den oberen Teil mit dem unteren Teil verbindet, kann beispielsweise aus Graphitfolie hergestellt sein, insbesondere eine Graphitfolie sein. Eine Graphitfolie ist besonders gut geeignet, ein Durchdringen flüssiger und/oder gasförmiger Badbestandteile, wie etwa flüssigen Aluminiums oder Elektrolytbestandteile, bis in den unteren Teil zu vermeiden oder zumindest weitgehend zu verhindern, wobei die eigentliche Funktion der gesamten Kathode nicht wesentlich verändert wird. Die Graphitfolie als Zwischenschicht besitzt ähnliche elektrische Eigenschaften wie die Bestandteile der Kathode, insbesondere wie der untere Teil. Graphitfolie, die durch zumindest teilweises Verdichten von expandiertem Graphit hergestellt ist, ist aufgrund ihrer Anisotropie in der Folienfläche und damit sehr niedrigen Permeabilität senkrecht zur Folie besonders gut geeignet, als Trennschicht gegenüber chemischen Einflüssen aus dem Elektrolysebad zu wirken. Graphitfolie wirkt des Weiteren dahingehend, dass sie Unterschiede der Oberflächenstruktur zwischen oberem Teil und unterem Teil, sowie thermische Expansions- und Kontraktionsbewegungen insbesondere des oberen Teils ausgleicht. Graphitfolie besitzt einen niedrigen elektrischen Kontaktwiderstand zu anderen Kohlenstoffmateriallien und eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit Obwohl der spezifische elektrische Widerstand senkrecht zur Graphitfolie höher ist als in Folienfläche, lässt sich aufgrund der sehr geringen Dicke von Graphitfolie ein sehr geringer absoluter elektrischer Widerstand erzielen.The intermediate layer, which connects the upper part to the lower part, may for example be made of graphite foil, in particular a graphite foil. A graphite foil is particularly well suited to prevent penetration of liquid and / or gaseous bath constituents, such as liquid aluminum or electrolyte components, into the lower part or at least largely prevent it, wherein the actual function of the entire cathode is not significantly changed. The graphite foil as intermediate layer has similar electrical properties as the components of the cathode, in particular as the lower part. Graphite foil, which is produced by at least partial densification of expanded graphite, is particularly well suited to act as a separating layer against chemical influences from the electrolytic bath because of their anisotropy in the film surface and thus very low permeability perpendicular to the film. Graphite foil also acts to balance differences in surface structure between the upper part and the lower part, as well as thermal expansion and contraction movements, especially of the upper part. Graphite foil has a low electrical contact resistance to other carbon materials and a very good electrical conductivity Although the electrical resistivity perpendicular to the graphite foil is higher than in foil surface, a very low absolute electrical resistance can be achieved due to the very small thickness of graphite foil.
Im Falle des Aufbaus der Kathode aus einzelnen Kathodenblöcken ist die Zwischenschicht vorzugsweise nicht entsprechend der Größe der Kathodenblöcke vorgesehen, sondern bedeckt vorteilhafterweise eine größere Fläche als der jeweilige untere Teil der Kathodenblöcke. Die Zwischenschicht kann vorteilhaft eine Fläche aufweisen, die der Größe der Gesamtkathode entspricht.In the case of the construction of the cathode of individual cathode blocks, the intermediate layer is preferably not according to the size of the Cathode blocks provided, but advantageously covers a larger area than the respective lower part of the cathode blocks. The intermediate layer may advantageously have an area which corresponds to the size of the total cathode.
Die Zwischenschicht kann mit sehr geringer Dicke ausgebildet sein. Beispielsweise kann es sich bei der Schicht lediglich um eine einzige Graphitfolie handeln. Als geeignete Folienstärke hat sich beispielsweise der Bereich zwischen 1 mm und 5 mm erwiesen. Diese Dicke ist ausreichend, um die geschilderten Funktionen zu erfüllen und andererseits dünn genug, dass die Eigenschaften der Folie nicht wesentlich die Funktionalität der gesamten Kathode beeinträchtigen.The intermediate layer can be formed with a very small thickness. For example, the layer may only be a single graphite foil. As a suitable film thickness, for example, the range between 1 mm and 5 mm has been found. This thickness is sufficient to perform the described functions and on the other hand thin enough that the properties of the film do not significantly affect the functionality of the entire cathode.
Es kann auch vorteilhaft sein, eine Mehrzahl von übereinander geschichteten Graphitfolien einzusetzen oder Graphitfolien mit größeren Dicken einzusetzen. Die Zwischenschicht kann hinsichtlich ihrer spezifischen elektrischen Leitfähigkeit und/oder ihres elektrischen Kontaktwiderstands wie gewünscht oder notwendig eingestellt sein. Dazu kann auch eine Beschichtung der Zwischenschicht vorgesehen sein, die einen Kontaktwiderstand verringert. Es kann auch gezielt die spezifische elektrische Leitfähigkeit der Graphitfolie in Dickenrichtung durch bekannte Maßnahmen erhöht sein.It may also be advantageous to use a plurality of layered graphite foils or to use graphite foils with larger thicknesses. The intermediate layer may be adjusted as desired or necessary with regard to its specific electrical conductivity and / or its electrical contact resistance. For this purpose, a coating of the intermediate layer can be provided, which reduces a contact resistance. It is also possible to specifically increase the specific electrical conductivity of the graphite foil in the thickness direction by known measures.
Eine geeignete Stromführung innerhalb der Kathode wird nach dem Stand der Technik dazu eingesetzt, den Materialverlust an der Kathodenoberfläche im Inneren des Kathodenbeckens möglichst gleichmäßig zu halten. Da eine Optimierung der Stromführung bei Ausführungsformen der Erfindung gezielt am unteren Teil vorgenommen werden kann, ist es möglich, den oberen Teil bezüglich seiner Gestaltung und somit seiner Herstellung entsprechend einfach zu gestalten.A suitable current flow within the cathode is used according to the prior art to keep the loss of material on the cathode surface in the interior of the cathode basin as evenly as possible. Since an optimization of the current flow in embodiments of the invention can be made specifically on the lower part, it is possible to make the upper part with respect to its design and thus its manufacture correspondingly simple.
Bei einer erfindungsgemäßen Kathode kann der obere Teil einstückig mit einer Seitenwand der Elektrolysezelle ausgeformt sein. Dies bedeutet, dass die Bodenwand und die Seitenwände aus einem einzigen Stück geformt sind. Hierdurch werden Probleme der Abdichtung und Verfugung zwischen Bodenwand und Seitenwänden vermieden.In a cathode according to the invention, the upper part may be integrally formed with a side wall of the electrolysis cell. This means that the bottom wall and side walls are molded in one piece. As a result, problems of sealing and jointing between the bottom wall and side walls are avoided.
Da der untere Teil der Kathode beim Einsatz in einem Schmelzelektrolyseverfahren nicht mit dem flüssigen Elektrolyten bzw. der Aluminiumschmelze in Berührung gelangt, ist die Beständigkeit gegen mechanischen oder chemischen Verschleiß in diesem Teil kein Kriterium. Somit unterliegt dieser Teil einer nur geringen oder sogar gar keiner Wartungsanfälligkeit und muss nicht in regelmäßigen Abständen ersetzt werden, wie es bei dem oberen Teil der Fall ist. Aus diesem Grund können für den unteren Teil höherwertige Materialien eingesetzt werden. Ein solches Material ist beispielsweise hochleitfähiger Graphit, da ein wesentlicher Nachteil des Graphits, nämlich seine geringe mechanische Verschleißbeständigkeit, für diese Anwendung nicht zum Tragen kommt.Since the lower part of the cathode does not come into contact with the liquid electrolyte or the aluminum melt when used in a molten electrolysis process, the resistance to mechanical or chemical wear in this part is not a criterion. Thus, this part is subject to little or even no maintenance susceptibility and does not need to be replaced at regular intervals, as is the case in the upper part. For this reason, higher quality materials can be used for the lower part. Such a material is, for example, highly conductive graphite, since a significant disadvantage of graphite, namely its low mechanical wear resistance, does not come into play for this application.
Der untere Teil kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beispielsweise unter Einsatz von Nadelkoks als Ausgangsmaterial hergestellt sein. Wie bekannt ist, handelt es sich bei Nadelkoks um den hochwertigsten Petroleum- bzw Pechkoks, wobei sich der Name von seiner nadelartigen Struktur ableitet. Nadelkoks zeichnet sich unter anderem durch seinen niedrigeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten sowie seinen geringen spezifischen elektrischen Widerstand nach Graphitierung, in Längsrichtung der nadelförmigen Struktur, aus. Dies ist insbesondere in dem unteren Teil der Kathode, wo die Ströme mit hoher Dichte fließen, von Vorteil. Durch geeignete Auslegung kann die Ausrichtung der nadelförmigen Kokspartikel in senkrechter Position erreicht werden. Die Reduktion des spezifischen elektrischen Widerstandes bedingt einen geringeren Spannungsabfall an der Kathode und hilft, so eine bessere Energieeffizienz bei der Schmelzflusselektrolyse zu erzielen. Da die Energiekosten einen Großteil der Gesamtkosten des Prozesses ausmachen, lassen sich hierdurch beträchtliche Einsparungen erzielen.The lower part can be produced according to a preferred embodiment, for example using needle coke as starting material. As is known, needle coke is the highest quality petroleum or pitch coke, with the name derived from its needle-like structure. Needle coke is characterized, inter alia, by its lower thermal expansion coefficient and its low electrical resistivity after graphitization, in the longitudinal direction of the needle-shaped structure. This is particularly advantageous in the lower part of the cathode, where the streams flow at high density. By suitable design, the alignment of the acicular coke particles can be achieved in a vertical position. The reduction in electrical resistivity causes a lower voltage drop across the cathode and helps to achieve better energy efficiency in fused-salt electrolysis. As energy costs account for a large part of the total cost of the process, this can bring significant savings.
Der obere Teil der Kathode kann aus allen bekannten, für den Einsatz als Kathode geeigneten Materialien hergestellt werden. Insbesondere sind in diesem Rahmen kalzinierter Anthrazit, Koks oder Graphit als Ausgangsmaterialien zu nennen. Das Ausgangsmaterial wird vermahlen und nach Teilchengröße sortiert. Eine definierte Mischung der Fraktionen der Körnung wird mit Pech vermischt und anschließend daraus der obere Teil ausgeformt. Im Anschluss daran finden ein oder mehrere Produktionsschritte bei erhöhter Temperatur statt, wobei anhand der Wärmebehandlungstemperatur und Ausgangsmaterialien zwischen einem graphitierten, einem graphitischen und einem amorphen Kathodenmaterial unterschieden wird.The upper part of the cathode can be made of any known materials suitable for use as a cathode. In particular, calcined anthracite, coke or graphite are to be mentioned as starting materials in this context. The starting material is ground and sorted by particle size. A defined mixture of the fractions of the grain is mixed with pitch and then formed from the upper part. Following this, one or more production steps take place at elevated temperature, distinguishing between a graphitized, a graphitic and an amorphous cathode material based on the heat treatment temperature and starting materials.
Vorteilhaft kann die Kathode eine senkrechte Stromzuführung besitzen. Darunter ist ein senkrechtes Einleiten von Strom in den unteren Teil der Kathode von unten zu verstehen. Dadurch lässt sich vorteilhaft eine ungleiche Stromverteilung in der Kathode wie bei einer herkömmlichen horizontalen Stromzuführung vermeiden.Advantageously, the cathode may have a vertical power supply. This is to be understood as meaning a vertical introduction of current into the lower part of the cathode from below. This advantageously makes it possible to avoid an uneven current distribution in the cathode as in a conventional horizontal power supply.
Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kathode kann der untere Teil mit senkrechten Stiften als Stromzuführungen versehen sein. Diese Stifte können als Gewindestifte ausgebildet sein, wobei der untere Teil Gewindebohrungen als Anschlüsse für die Aufnahme der Gewindestifte aufweist In die Gewindebohrungen lassen sich mit einem Außengewinde versehene Stifte senkrecht oder näherungsweise senkrecht in den unteren Teil der Kathode einschrauben. Auf diese Weise kann im Rahmen der Schmelzflusselektrolyse der Strom in etwa senkrecht in die Kathode eingeleitet werden. Die Stromzufuhr kann dabei stark homogen gehalten werden, indem die Anzahl und der Durchmesser der Stifte der Geometrie der Kathode angepasst wird.According to one embodiment of the cathode according to the invention, the lower part may be provided with vertical pins as power supply lines. These pins can be designed as threaded pins, the lower part threaded holes as connections for receiving the threaded pins In the tapped holes, pins provided with an external thread can be screwed vertically or approximately perpendicularly into the lower part of the cathode. In this way, in the context of fused-salt electrolysis, the current can be introduced approximately perpendicularly into the cathode. The power supply can be kept very homogeneous by the number and diameter of the pins of the geometry of the cathode is adjusted.
Die Geometrie der Stifte kann vorteilhaft der Geometrie von Gewindenippeln für Graphitelektroden zur Elektrostahlherstellung entsprechen. Bezüglich Stromverteilung, mechanischer Festigkeit und Schraubbarkeit hat diese Geometrie sich als besonders gut erwiesen. Der relativ große Querschnitt der Stifte bewirkt einen hohen elektrischen Stromfluss, die Länge einen genügend großen Abstand der Kathode und somit der Elektrolysezelle von den Stromzuführungsbarren, so dass eine starke Kühlung ermöglicht ist.The geometry of the pins may advantageously correspond to the geometry of threaded nipples for graphite electrodes for electrical steel production. With regard to current distribution, mechanical strength and screwability, this geometry has proven to be particularly good. The relatively large cross-section of the pins causes a high electrical current flow, the length of a sufficiently large distance of the cathode and thus the electrolysis cell from the power supply bar, so that a strong cooling is possible.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Stifte aus Graphit hergestellt. Hierdurch lässt sich eine hohe thermische Stabilität der Stifte sowie ein geringer elektrischer Widerstand erzielen, was zu einer Senkung der spezifischen Energiekosten bei der Durchführung der Schmelzflusselektrolyse führt.According to a preferred embodiment, the pins are made of graphite. As a result, a high thermal stability of the pins and a low electrical resistance can be achieved, which leads to a reduction in the specific energy costs in carrying out the fused-salt electrolysis.
Im Sinne einer homogenen Stromzufuhr hat es sich zudem als günstig herausgestellt, wenn der untere Teil der Kathode in Form eines sich nach unten hin verjüngenden trapezförmigen Körpers ausgebildet ist. Auf diese Weise wird der senkrecht oder näherungsweise senkrecht eingeleitete Strom homogen und gleichmäßig in den oberen Teil der Kathode verteilt. Vorzugsweise besitzen im Falle des Aufbaus der Kathode aus einzelnen Kathodenblöcken zumindest einige der Kathodenblöcke der Kathode einen solchen sich nach unten hin verjüngenden trapezförmigen Körper, wobei sich diese vorteilhaft parallel zueinander erstrecken. Die trapezförmigen Körper können beispielsweise in Längsrichtung der Kathode verlaufen oder senkrecht dazu.In terms of a homogeneous power supply, it has also proven to be favorable when the lower part of the cathode is in the form of a downwardly tapered trapezoidal body. In this way, the vertically or approximately perpendicularly introduced stream is homogeneously and evenly distributed in the upper part of the cathode. Preferably, in the case of the construction of the cathode of individual cathode blocks at least some of the cathode blocks of the cathode have such a downwardly tapered trapezoidal body, which advantageously extend parallel to each other. The trapezoidal bodies may extend, for example, in the longitudinal direction of the cathode or perpendicular thereto.
Es ist anzumerken, dass im Rahmen der Erfindung der Ausdruck ”näherungsweise senkrecht” so verwendet werden soll, dass er alle Richtungen umfasst, die einen Winkel von weniger als etwa 20° zur Senkrechten einschließen. Es sollen von „senkrecht” aber im weitesten Sinne alle vertikalen Zuführungen umfasst werden, die nicht auf herkömmliche Weise horizontalIt should be noted that in the context of the invention, the term "approximately perpendicular" shall be used to encompass all directions which include an angle of less than about 20 ° to the vertical. It is intended to encompass "vertical" but in the broadest sense all vertical feeders that are not horizontally oriented in a conventional manner
Die Erfindung wird nunmehr detaillierter mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung anhand eines nicht beschränkenden Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:The invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawings with reference to a non-limiting embodiment. In the drawing show:
In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen dazu eingesetzt, gleiche oder entsprechende Elemente in den verschiedenen Darstellungen zu kennzeichnen.In the figures, like reference numerals are used to designate like or corresponding elements throughout the several views.
Mit Bezug auf die
Ein unterer Teil
Der obere Teil
Da der obere Teil
Demgegenüber sollte der untere Teil
Als geeignete Materialien für die Stromzuführungsbarren
Was die Materialien für Kathode betrifft, so können alle dem Fachmann bekannten und geeigneten Materialien für die Elektrolyse von Aluminium aus seinem Oxid eingesetzt werden. Geeignete Materialien sind beispielsweise in der
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Kathodecathode
- 1a1a
- oberer Teilupper part
- 1a11a1
- SeitenwandSide wall
- 1a21a2
- Bodenwandbottom wall
- 1a31a3
- SeitenwandblockSidewall block
- 1b1b
- unterer Teillower part
- 1b11b1
- Anschlussconnection
- 1b21b2
- trapezförmiger Körpertrapezoidal body
- 1c1c
- Zwischenschichtinterlayer
- 22
- Einfassungmount
- 33
- Stromzuführungsbarren, StromschienePower supply bar, busbar
- 44
- Anodeanode
- 55
- Aluminiumaluminum
- 66
- Elektrolysebadgemisch (Aluminiumoxid, Kryolith)Electrolysis bath mixture (aluminum oxide, cryolite)
- 77
- negativer Pol Spannungsquellenegative pole voltage source
- 88th
- positiver Pol Spannungsquellepositive pole voltage source
- 99
- Stiftpen
- 1010
- SammelstromschieneCollecting bar
- 1111
- Kathodenblockcathode block
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102012218960B4 (en) * | 2012-10-17 | 2014-11-27 | Sgl Carbon Se | Cathode comprising cathode blocks with a partially trapezoidal cross-section |
DE102012218958A1 (en) * | 2012-10-17 | 2014-04-30 | Sgl Carbon Se | Block, useful in cathode of electrolysis cell, which is useful for producing aluminum, where block has cross section perpendicular to a longitudinal axis of the cathode block and shape of trapezium |
DE102012218959A1 (en) * | 2012-10-17 | 2014-04-30 | Sgl Carbon Se | Block, useful in cathode of electrolysis cell, which is useful for producing aluminum, where block has cross section perpendicular to a longitudinal axis of the cathode block and shape of trapezium |
CN104141154A (en) * | 2013-07-18 | 2014-11-12 | 成都精容电子有限公司 | Device for aluminum electrolysis |
DE102015011952A1 (en) * | 2015-09-18 | 2017-03-23 | Sgl Carbon Se | Cathode bottom, method for producing a cathode bottom and use thereof in an electrolytic cell for the production of aluminum |
RU169863U1 (en) * | 2016-04-12 | 2017-04-04 | Открытое акционерное общество "Тамбовское опытно-конструкторское технологическое бюро" (ОАО "Тамбовское ОКТБ") | ELECTROLYZER FOR PRODUCING SODIUM HYPOCHLORITE SOLUTION |
JP6089137B1 (en) * | 2016-06-16 | 2017-03-01 | Secカーボン株式会社 | Cathode |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2008215A1 (en) * | 1970-02-21 | 1971-09-02 | Sigri Elektrographit Gmbh | Graphite sheathing for aluminium electrolysi |
DE2833381A1 (en) * | 1978-07-29 | 1980-02-14 | Sigri Elektrographit Gmbh | Electrolysis cell for winning aluminium - where carbon cathode hearth is connected to bus=bars via spaced graphite pegs increasing the efficiency of aluminium prodn. |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1187809B (en) * | 1963-11-22 | 1965-02-25 | Vaw Ver Aluminium Werke Ag | Electrolysis cell for the production of aluminum by melt flow electrolysis |
CH660030A5 (en) * | 1982-07-12 | 1987-03-13 | Alusuisse | CATHODE PAN OF AN ALUMINUM ELECTROLYSIS CELL. |
FR2566002B1 (en) * | 1984-06-13 | 1986-11-21 | Pechiney Aluminium | MODULAR CATHODE BLOCK AND LOW VOLTAGE DROP CATHODE FOR HALL-HEROULT ELECTROLYSIS TANKS |
AUPO053496A0 (en) * | 1996-06-18 | 1996-07-11 | Comalco Aluminium Limited | Cathode construction |
WO2000036187A1 (en) * | 1998-12-16 | 2000-06-22 | Alcan International Limited | Multi-layer cathode structures |
DE10261745B3 (en) | 2002-12-30 | 2004-07-22 | Sgl Carbon Ag | Cathode system for electrolytic aluminum extraction |
RU2245397C1 (en) * | 2003-07-08 | 2005-01-27 | Открытое акционерное общество "ВСЕРОССИЙСКИЙ АЛЮМИНИЕВО-МАГНИЕВЫЙ ИНСТИТУТ" ОАО "ВАМИ" | Cathodic device of aluminum electrolyzer |
RU2281986C1 (en) * | 2005-02-22 | 2006-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Инженерно-технологический центр" | Electrolyzer for production of aluminum from mixture of molten salts and alumina |
DE602006020410D1 (en) | 2006-04-13 | 2011-04-14 | Sgl Carbon Se | Cathode for aluminum electrolysis with non-flat rilled design |
NZ592440A (en) * | 2008-04-30 | 2012-09-28 | Rio Tinto Alcan Int Ltd | A multi-layer cathode block having differential expansion indexes for an electrolytic cell |
CN201416035Y (en) * | 2009-03-03 | 2010-03-03 | 沈阳铝镁设计研究院 | Cathode structure of energy-saving aluminum electrolyzer |
CN201420096Y (en) * | 2009-06-25 | 2010-03-10 | 贵阳铝镁设计研究院 | Cathode steel bar assembling structure capable of vertical electric conduction |
-
2010
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2008215A1 (en) * | 1970-02-21 | 1971-09-02 | Sigri Elektrographit Gmbh | Graphite sheathing for aluminium electrolysi |
DE2833381A1 (en) * | 1978-07-29 | 1980-02-14 | Sigri Elektrographit Gmbh | Electrolysis cell for winning aluminium - where carbon cathode hearth is connected to bus=bars via spaced graphite pegs increasing the efficiency of aluminium prodn. |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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