DE1092216B

DE1092216B - Current-carrying elements and their use in electrolytic cells for the extraction or refining of aluminum

Info

Publication number: DE1092216B
Application number: DEB34052A
Authority: DE
Inventors: Charles Eric Ransley
Original assignee: British Aluminum Co Ltd
Current assignee: British Aluminum Co Ltd
Priority date: 1954-01-14
Filing date: 1955-01-11
Publication date: 1960-11-03
Also published as: GB802905A; FR1119821A; CH346033A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Stromführungselemente, die als Kathode und/oder als Stromzuführung zur Anode oder Kathode bei elektrolytischen Zellen zur Gewinnung oder Raffination von Aluminium verwendet werden.The invention relates to current-carrying elements, which act as cathodes and / or as a power supply to the anode or cathode in electrolytic cells for the extraction or refining of aluminum be used.

Es sind bereits solche Stromführungselemente vorgeschlagen worden, die in der Hauptsache, d. h. zu mindestens etwa 90% aus wenigstens einem der Materialien Titancarbid und Zirkoniumcarbid bestehen. Diese Carbide haben, wenn sie in verdichteter, gesinterter Form verwendet werden, eine verhältnismäßig hohe elektrische Leitfähigkeit, werden von der Schmelze, die in den elektrolytischen Zellen vorhanden ist, nicht wesentlich angegriffen und besitzen eine sehr geringe Löslichkeit in geschmolzenem Aluminium bei 1000° C. Sie können in geeigneter Form mit guten mechanischen Eigenschaften hergestellt werden und werden von dem geschmolzenen Aluminium benetzt. Diese Carbide müssen in verhältnismäßig reinem Zustand verwendet werden, und der freie Kohlenstoffgehalt darf nicht größer als ungefähr 0,5% sein und liegt vorzugsweise unter 0,1%.There have already been proposed such current-carrying elements, the main, d. H. to at least about 90% consist of at least one of titanium carbide and zirconium carbide. These carbides, when used in a densified, sintered form, have a proportion high electrical conductivity, are made by the melt that is present in the electrolytic cells is not significantly attacked and has a very low solubility in molten aluminum 1000 ° C. They can be manufactured in a suitable form with good mechanical properties and are wetted by the molten aluminum. These carbides must be in a relatively pure state can be used, and the free carbon content must not be greater than about 0.5% and is preferably below 0.1%.

Es wurde nun gefunden, daß auch andere Verbindungen zur Herstellung von solchen Stromführungselementen verwendet werden können und dabei befriedigende Ergebnisse liefern und daß manche dieser anderen Verbindungen sogar bessere Eigenschaften besitzen als die genannten Carbide.It has now been found that other connections for the production of such current-carrying elements can be used and give satisfactory results and that some of these others Compounds even have better properties than the carbides mentioned.

Demgemäß sieht die Erfindung Stromführungselemente zur Verwendung als Kathode und/oder Stromzuführung zur Anode oder Kathode bei elektrolytischen Zellen zur Herstellung oder Raffination von Aluminium vor, bei welchen zumindest die Oberflächen des Elementes, die mit dem geschmolzenen Metall in Berührung kommen, in der Hauptsache wenigstens aus einem Borid des Titans, Zirkoniums, Tantals oder Niobs bestehen. Mit dem Ausdruck »in der Hauptsache bestehend aus ...« soll hier und in den Ansprüchen ein Material verstanden werden, das zu mindestens 90% aus den erwähnten Stoffen besteht und im übrigen die üblichen technischen Verunreinigungen aufweisen kann.Accordingly, the invention provides current-carrying elements for use as a cathode and / or Power supply to the anode or cathode in electrolytic cells for the production or refining of Aluminum before, in which at least the surfaces of the element with the melted Come into contact with metal, mainly at least from a boride of titanium, zirconium, Tantalum or niobium exist. The expression "consisting mainly of ..." is intended here and in the claims are understood to be a material that consists of at least 90% of the substances mentioned and otherwise may have the usual technical impurities.

Von den erwähnten Boriden verdient Titanborid (TiB₂) besondere Erwähnung. Diese Verbindung besitzt einen viel geringeren spezifischen elektrischen Widerstand als Titancarbid (12 Mikroohm/cm, verglichen mit 68 Mikroohm/cm bei Zimmertemperatur), ist viel oxydationsbeständiger als Titancarbid in dem Temperaturbereich von 300 bis 800° C und besitzt eine Löslichkeit in geschmolzenem Aluminium bei Temperaturen in der Größenordnung von 960° C, welche nur ungefähr ein Zehntel derjenigen des Titancarbids beträgt. Es geht hieraus hervor, daß das Borid des Titans ein viel besseres Material für den vorlie-Stromführungselemente Of the borides mentioned, titanium boride (TiB ₂ ) deserves special mention. This compound has a much lower electrical resistivity than titanium carbide (12 microohm / cm compared to 68 microohm / cm at room temperature), is much more resistant to oxidation than titanium carbide in the temperature range of 300 to 800 ° C and has a solubility in molten aluminum at temperatures on the order of 960 ° C, which is only about a tenth of that of titanium carbide. It can be seen from this that the boride of titanium is a much better material for the current-carrying elements

und deren Verwendung in elektrolytischen Zellen zur Gewinnung oder Raffinationand their use in electrolytic cells for extraction or refining

von Aluminiumof aluminum

Anmelder:Applicant:

ίο The British Aluminium Company Limited,ίο The British Aluminum Company Limited,

LondonLondon

Vertreter: Dr. K.-R. Eikenberg, Patentanwalt,
Hannover, Am Klagesmarkt 10/11 Representative: Dr. K.-R. Eikenberg, patent attorney,
Hanover, Am Klagesmarkt 10/11

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom. 14. Januar 1954Claimed priority:
Great Britain from. January 14, 1954

Charles Eric Ransley, Chesham Bois, BuckinghamCharles Eric Ransley, Chesham Bois, Buckingham

(Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden(Great Britain),
has been named as the inventor

genden Zweck ist als sogar das Carbid dieses Elementes. Auch alle anderen Verbindungen, die oben erwähnt sind, besitzen einen spezifischen elektrischen Widerstand, der genügend klein ist (im allgemeinen kleiner als der des Titancarbids).Its purpose is to even consider the carbide of this element. Also all other connections mentioned above have a specific electrical resistance that is sufficiently small (in general smaller than that of titanium carbide).

Die Stromführungselemente werden aus den pulverförmigen Verbindungen oder Mischungen der Verbindüngen durch Verdichten und Sintern hergestellt, vorzugsweise dadurch, daß das Pulver einem dauernden Druck ausgesetzt wird, während die Temperatur auf z. B. 2000° C gebracht wird. Ein Druck in der Größenordnung von 150 kg/cm² ist dabei ausreichend, und es wird vorgezogen, die Temperatur in verhältnismäßig kurzer Zeit, z. B. in ungefähr 1 Stunde, auf den Maximalwert zu bringen. Danach läßt man den gesinterten Stoff abkühlen, während er noch unter Druck steht. Die Operation wird in einem Graphitgesenk ausgeführt, welches eine Ausnehmung mit einer entsprechenden Querschnittsform besitzt. Der Druck wird dadurch auf das Pulver ausgeübt, daß zwei Kolben von einander gegenüberliegenden Enden auf die Pulversäule einwirken, wobei eine Schutzatmosphäre um das Gesenk während des Erhitzens und Abkühlens aufrechterhalten wird. Die so hergestellten Stromführungselemente sind feste Körper, die eine niedrige Porosität, z.B. 2 bis 5%, einen genügend kleinen spezifischen elektrischen Widerstand, z. B. in der Grö-The current-carrying elements are produced from the powdered compounds or mixtures of the compounds by compacting and sintering, preferably by subjecting the powder to constant pressure while the temperature is increased to e.g. B. 2000 ° C is brought. A pressure of the order of 150 kg / cm ² is sufficient, and it is preferred to increase the temperature in a relatively short time, e.g. B. in about 1 hour to bring to the maximum value. The sintered fabric is then allowed to cool while it is still under pressure. The operation is carried out in a graphite die, which has a recess with a corresponding cross-sectional shape. The pressure is exerted on the powder by two pistons acting on the powder column from opposite ends, a protective atmosphere being maintained around the die during heating and cooling. The current-carrying elements produced in this way are solid bodies which have a low porosity, for example 2 to 5%, a sufficiently low specific electrical resistance, e.g. B. in the size

009 630/354009 630/354

X-.X-.

ßenordnung von 10 bis ^OMikrootim/cm, eine geringe Löslichkeit in geschmolzenem Aluminium und gute Beständigkeit gegen die Einwirkung der Schmelze besitzen, die in den elektrolytischen Zellen bei der Herstellung oder Raffination von Aluminium vorhanden ist. Diese Körper sind somit in hohem Grade zur Verwendung als Elemente zur Zuführung des Elektrolysenstromes zu der Masse des geschmolzenen Aluminiums in einer solchen ZeHe" oder als Kathode (oder Überzüge für Kathoden) in· elektrolytischen Reduktionszellen für die Gewinnung von Aluminium geeignet. of the order of 10 to ^ OMicrootim / cm, a small one Have solubility in molten aluminum and good resistance to the action of the melt, those present in the electrolytic cells in the manufacture or refining of aluminum is. These bodies are thus highly suitable for use as elements for supplying the electrolytic current to the mass of molten aluminum in such a toe "or as a cathode (or Coatings for cathodes) in electrolytic reduction cells suitable for the extraction of aluminum.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen,, die Ausführungsbeispiele von Zellen für die Schmelzflußelektrolyse von Aluminium zeigen, näher erläutert.Further advantages and details of the invention are given with reference to the drawings, the exemplary embodiments of cells for the melt flow electrolysis of Show aluminum, explained in more detail.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Reduktionszelle; Fig. 1 shows a cross section through a reduction cell;

Fig. 2 zeigt einen Teil eines Schnittes durch eine Reduktionszelle mit anderer Anordnung der Stromführungselemente; 2 shows part of a section through a reduction cell with a different arrangement of the current-carrying elements;

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt eines Endes einer Reduktionszelle, in der die Stromführungselemente wiederum anders angeordnet sind;Fig. 3 shows a longitudinal section of one end of a reduction cell in which the current-carrying elements are again arranged differently;

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch eine Dreischichten-Raffinationszelle; Fig. 4 shows a section through a three-layer refining cell;

Fig. 5 stellt eine Reduktionszelle mit Kathoden aus Stromführungselementen gemäß der Erfindung dar, und zwar im Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 6;Fig. 5 shows a reduction cell with cathodes made of current-carrying elements according to the invention, in section along the line V-V in Fig. 6;

Fig. 6 zeigt einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 5.FIG. 6 shows a section along the line VI-VI in FIG. 5.

Die in Fig. 1 gezeigte Zelle hat ein Fundament oder eine Sockelplatte 1 aus Mauerwerk oder Beton, auf der eine flache Wanne 2 sitzt, die aus Kohle gebildet ist und von einer Umgebungswand 3 aus Stahl zusammengehalten wird. Entlang, den Längskanten der oberen Bodenfläche der Wanne 2 sind zwei flache Kanäle 4 angeordnet, in die im Abstand voneinander längs der Zelle stabförmige Stromführungselemente 5 hineinragen, die aus einer gesinterten Boridmasse bestehen, die in der vorangehend beschriebenen Weise hergestellt ist. Bei dieser Anordnung erstreckt sich jedes Stromführungselemertt 5 horizontal durch die Wand der Wanne 2 hindurch in den jeweils benachbarten Kanal 4 hinein. Die äußeren Enden der Stromführungselemente sind mit Stäben 6 aus Reinaluminium verbunden, die an den negativen Pol einer Elektrolysenstromquelle angeschlossen sind. Die Enden der Stangen 6 können an die Stromführungselemente 5 angegossen sein.The cell shown in Fig. 1 has a foundation or a base plate 1 made of masonry or concrete which sits a flat trough 2, which is formed from coal and held together by a surrounding wall 3 made of steel will. Along the longitudinal edges of the upper bottom surface of the tub 2 are two flat ones Channels 4 are arranged into which rod-shaped current-carrying elements 5 are spaced apart along the cell protrude, which consist of a sintered boride mass, which in the manner described above is made. In this arrangement, each current-carrying element 5 extends horizontally through the Wall of the tub 2 through into the respective adjacent channel 4. The outer ends of the current-carrying elements are connected to rods 6 made of pure aluminum, which are connected to the negative pole of an electrolysis power source are connected. The ends of the rods 6 can be attached to the current-carrying elements 5 be a glove.

Die Anode 7 besteht aus Kohlenstoff und ist in geeigneter Weise (nicht gezeigt) mit dem positiven Pol der Stromquelle verbunden. Die Stangen 6 sind (wie bei 6 a in der linken Hälfte der Fig. 1 gezeigt) mit einer Sammelschiene 8 verbunden, die längs der Seiten der Zelle laufen.The anode 7 is made of carbon and is suitably (not shown) with the positive pole connected to the power source. The rods 6 are (as shown at 6 a in the left half of FIG. 1) with a bus bar 8 running along the sides of the cell.

Die Zelle kann durch eines der bekannten Verfahren in Betrieb gesetzt werden;,"z. B. können die Anode 7 und die Wanne 2 auf Betriebstemperatur gebracht werden, indem die Anode auf geeignete Kohlenwider-Standsblöcke gesenkt wird,· die auf dem Boden der Wanne liegen und durch die dann Strom durchgeleitet wird. Nachdem die Blöcke entfernt sind, kann die Elektrolyse durch Einlaufentassen von geschmolzenem Aluminium eingeleitet wefden, das einen die Stromführungselemente 5 bedeckenden Sumpf 9 bildet, worauf dann geschmolzener Elektrolyt 10 zugegeben wird und sofort der volle Elektrolysenstrom durch die Zelle geschickt wird. Der Sumpf aus geschmolzenem Metall bildet die Kathode für die Zelle. Wenn die Zelle in vollem Betrieb ist, wird der Hauptteil der SchmelzeThe cell can be put into operation by any of the known methods;, "For example, the anode 7 and the tub 2 can be brought to operating temperature by placing the anode on suitable carbon-resistive stand blocks · which lie on the bottom of the tub and through which electricity is then passed will. After the blocks are removed, electrolysis can be done through enema cups of molten Wefden aluminum, which forms a sump 9 covering the current-carrying elements 5, whereupon then molten electrolyte 10 is added and immediately the full electrolysis current through the cell is sent. The sump of molten metal forms the cathode for the cell. If the cell is in is in full operation, the main part of the melt

10 in flüssigem Zustand gehalten und von einer Kruste10 held in a liquid state and covered by a crust

11 aus fester oder erstarrter Schmelze bedeckt.11 covered from solid or solidified melt.

Bei einer anderen Anordnung, die in Fig. 2 gezeigt ist, sind die Stromführungselemente 5 vertikal angeordnet und durch die Bodenfläche der Wanne 2 hindurchgeführt. Die oberen Enden der Stromführungselemente 5 reichen mit einem kurzen Stück über die obere Bodenfläche der Wanne 2 hinaus und bilden eine elektrische Verbindung zwischen dem Sumpf 9 des geschmolzenen Metalls, das sich auf dieser Bodenfläche ansammelt, und den Stangen 6, die elektrisch mit der Sammelschiene 8, die unter der Zelle entlangläuft, verbunden sind.In another arrangement, which is shown in FIG. 2, the current-carrying elements 5 are arranged vertically and passed through the bottom surface of the tub 2. The upper ends of the current-carrying elements 5 extend a short distance beyond the upper floor surface of the tub 2 and form an electrical connection between the sump 9 of the molten metal that collects on this floor surface and the rods 6, which are electrically connected to the busbar 8 running under the cell.

Fig. 3 zeigt, wie der Betrieb einer herkömmlichen Reduktionszelle durch Verwendung von Stromführungselemeuten gemäß der Erfindung verbessert werden kann. Der Boden der Wanne 2 besteht wie üblich aus Blöcken aus Graphitmaterial, in welche Stahlstäbe 6 eingebettet sind, die dazu dienen, die Blöcke elektrisch mit einer an den negativen Pol der Stromquelle angeschlossenen Schiene (nicht gezeigt), die außerhalb der Zelle liegt, zu verbinden. Diese Zellen haben den Nachteil, daß ein elektrischer Kontakt von hohem Widerstand zwischen dem geschmolzenen Aluminium 9 und der Wanne 2 auf Grund der Tatsache besteht, daß das Metall den Kohlenstoff nicht benetzt und ein schlecht leitender Schlamm sich während des Betriebes der Zelle auf dem Boden der Wanne absetzt.Fig. 3 shows how a conventional reduction cell can be operated by using current conducting elements can be improved according to the invention. The bottom of the tub 2 is as usual from blocks of graphite material, in which steel rods 6 are embedded, which serve to hold the blocks electrically with a rail (not shown) connected to the negative pole of the power source, the lies outside the cell. These cells have the disadvantage that an electrical contact of high resistance between the molten aluminum 9 and the tub 2 due to the fact is that the metal does not wet the carbon and a poorly conductive sludge during the Operation of the cell settles on the bottom of the pan.

Um diesen Nachteil zu beheben, werden Stromführungselemente 5 in Form von Stangen von zylindrischer oder anderer Form in Ausnehmungen in den Blöcken des Wannenbodens eingeführt. Diese Stangen sind etwas länger als die Tiefe der Ausnehmungen, so daß ihre oberen Enden in den Sumpf 9 aus geschmolzenem Metall hineinreichen und für den Elektrolysenstrom einen Weg von geringerem Widerstand bilden, da die Schlammschicht überbrückt wird und die Stromleiter von dem flüssigen Metall benetzt werden. Die Ausnehmungen sind vorzugsweise gleichmäßig verteilt über den Stahlstäben 6 angebracht, enden aber kurz über diesen, so daß ein zwischenliegender fester Teil des Kohlenstoffblockes verbleibt, der ein Leckwerden der Zelle verhindert. Die Stromführungselemente 5 sind vorzugsweise in ihrer Stellung mittels einer dünnen Pechschicht festgehalten, welche bei der Betriebstemperatur der Zelle in eine feste kohlenstoffartige Verbindung verwandelt wird.In order to remedy this disadvantage, current-carrying elements 5 are in the form of rods of cylindrical shape or introduced another form in recesses in the blocks of the tub bottom. These poles are slightly longer than the depth of the recesses, so that their upper ends in the sump 9 from molten Reach in metal and form a path of less resistance for the electrolysis current, because the sludge layer is bridged and the conductors are wetted by the liquid metal. The recesses are preferably evenly distributed over the steel rods 6, but end just above this so that an intermediate solid part of the carbon block remains, which will become a leak the cell prevented. The current-carrying elements 5 are preferably in their position by means of a thin layer of pitch which, at the operating temperature of the cell, turns into a solid carbonaceous Connection is transformed.

Fig. 4 zeigt die Verwendung von Stromführungselementen nach der Erfindung für eine Drei schichten-Raffinationszelle. Ein Stromführungselement 5 a, welches aus einem gesinterten Körper besteht, der in der weiter oben beschriebenen Weise hergestellt ist, erstreckt sich horizontal durch die Isolierschicht 12 (Magnesit) der Zelle und reicht mit seinem inneren Ende in eine Vertiefung 13, die im Boden der Zelle gebildet ist, so daß das Stromführungselement, wenn die Zelle in Betrieb ist, von einer Masse 14 aus geschmolzener Aluminiumlegierung, die die Bodenschicht bildet, bedeckt wird. Das äußere Ende des Stromführungselementes 5 α ist mit einer Aluminiumstange 15 verbunden (die daran angegossen sein kann), die zu dem positiven Pol der Stromquelle führt. Stromführungselemente 5 b, die gleichfalls aus gesinterten Körpern bestehen, bilden vertikal angeordnete Stäbe, die mit ihren unteren Enden in eine Schicht 16 aus gereinigtem Aluminium tauchen, das auf geschmolzenem Flußmittel 17 schwimmt. Mit ihren oberen Enden sind sie mit einer mit dem negativen Pol verbundenen Stromschiene 18 verbunden.Fig. 4 shows the use of current-carrying elements according to the invention for a three-layer refining cell. A current-carrying element 5 a, which consists of a sintered body which is produced in the manner described above, extends horizontally through the insulating layer 12 (magnesite) of the cell and reaches with its inner end into a recess 13 in the bottom of the cell is formed so that the current-carrying element, when the cell is in operation, is covered by a mass 14 of molten aluminum alloy, which forms the bottom layer. The outer end of the current-carrying element 5 α is connected to an aluminum rod 15 (which can be cast onto it), which leads to the positive pole of the current source. Current-carrying elements 5 b, which also consist of sintered bodies, form vertically arranged rods, the lower ends of which are immersed in a layer 16 of cleaned aluminum which floats on molten flux 17. At their upper ends they are connected to a busbar 18 connected to the negative pole.

Diese Enden können mit der Stromschiene durch Hartlöten (wie bei 19) oder dadurch, daß die Schiene 18 um sie herumgegossen ist, verbunden sein. Die freiliegenden Teile der Stromführungselemente 5 b sind in geeigneter Weise gegen Oxydation oder andere schädliche Einflüsse geschützt.These ends may be connected to the bus bar by brazing (as at 19) or by having bar 18 cast around them. The exposed parts of the current-carrying elements 5b are protected in a suitable manner against oxidation or other harmful influences.

Die Verwendung von Stromführungselementen in Reduktionszellen, bei denen die Kathode zur Horizontalen geneigt angeordnet ist, wird in den Fig. 5 und 6 erläutert. Die dargestellte Reduktionszelle besitzt sowohl im Grundriß als im Querschnitt eine rechteckige Form und enthält eine äußere Wand 21 aus schwer schmelzbarem Isoliermaterial, z. B. Magnesit, und eine innere Wand oder Auskleidung 22 aus Kohlenstoff. Senkrechte Trennwände 23, ebenfalls aus Kohlenstoff, erstrecken sich von der in Längsrichtung liegenden Seitenwand der Kohlenstoffauskleidung 22 nach innen. Jede Trennwand 23 steht dabei mit ihrer äußeren und Grundfläche mit der entsprechenden Oberfläche der Kohlenstoffauskleidung 22 in Verbindung, endet aber kurz vor der Mittellinie der Zelle. Die innere Fläche jeder Trennwand 23 ist nach oben und außen zur Horizontalen geneigt. Die oberen Flächen der Trennwände 23 liegen in einer Ebene, welche etwas unter der Oberfläche des geschmolzenen Flußmittels 24 liegt, das die Zelle während des Betriebes ausfüllt (s. Fig. 5). Die Trennwände 23 sind über die Länge der Zelle und in einander gegenüberliegenden Paaren angeordnet, wobei eine Wand eines jeden Paares dazu dient, eine entsprechende Kathode 25 eines Kathodenpaares zu tragen, das mit einer Anode 26, die zwischen den Kathoden angeordnet ist, zusammenwirkt. Jede Kathode 25 besteht aus einer rechteckigen Platte eines gesinterten Körpers, der in der oben beschriebenen Weise hergestellt ist. Diese Kathodenplatte ruht mit dem Mittelteil ihrer äußeren Fläche auf der inneren Fläche der entsprechenden Trennwand 23, und ihre untere Kante ist so angeordnet, daß sie in Berührung mit der entsprechenden Seitenwand eines Kanals 27 steht, der in Längsrichtung in der oberen Bodenfläche der Kohlenstoffauskleidung 22 angebracht ist und eine Breite besitzt, die von der einen Trennwand 23 eines Paares bis zur anderen reicht. Die einander gegenüberliegenden Kathodenplatten 25 sind also mit Zwischenräumen über die Länge der Zelle in einer V-artigen Form angeordnet, wobei ihre unteren Kanten durch die Breite des Kanals 27 voneinander getrennt sind. Die oberen Kanten der Kathodenplatten, wie in Fig. 5 gezeigt, reichen etwas über die oberen Flächen der Trennwände 23 hinaus und enden kurz unter der Oberfläche des geschmolzenen Flußmittels 24. Die Anode 26 besteht aus Kohlenstoff und besitzt im Querschnitt eine rechteckige Form. Ihr unteres Ende ist jedoch keilförmig ausgebildet, so daß geneigte rechteckige Flächen 26 a entstehen, die im wesentlichen parallel zu den inneren Flächen der entsprechenden Kathodenplatten 25 verlaufen. Die Anode 26 wird von einer Stromschiene 28 aus Stahl getragen (Fig. 5), die auch dazu dient, die Anode mit dem positiven Pol der Elektrolysenstromquelle zu verbinden. Der obere Teil der Anode erstreckt sich über den Spiegel des geschmolzenen Flußmittels 24 hinaus und durch die Kruste 24a aus festem oder erstarrtem Flußmittel, welche über dieser liegt, hindurch. Da sich die Anode während des Betriebes der Zelle verbraucht, wird sie in bekannter Weise fortschreitend nach unten geführt. Die Stellung der geneigten Flächen der Anode ist derart, daß der gewünschte konstante Abstand zwischen den Anoden- und Kathodenflächen immer sichergestellt ist.The use of current-carrying elements in reduction cells, in which the cathode is arranged inclined to the horizontal, is explained in FIGS. The reduction cell shown has a rectangular shape both in plan and in cross-section and contains an outer wall 21 made of difficult-to-melt insulating material, e.g. B. magnesite, and an inner wall or liner 22 made of carbon. Vertical partition walls 23, also made of carbon, extend inward from the longitudinal side wall of the carbon lining 22. Each partition 23 is connected with its outer and base area with the corresponding surface of the carbon lining 22, but ends shortly before the center line of the cell. The inner surface of each partition 23 is inclined upward and outward to the horizontal. The upper surfaces of the partitions 23 lie in a plane slightly below the surface of the molten flux 24 which fills the cell during operation (see Fig. 5). The partitions 23 are arranged along the length of the cell and in opposing pairs, one wall of each pair serving to support a corresponding cathode 25 of a cathode pair which cooperates with an anode 26 located between the cathodes. Each cathode 25 consists of a rectangular plate of sintered body made in the manner described above. This cathode plate rests with the central part of its outer surface on the inner surface of the corresponding partition wall 23, and its lower edge is arranged so that it is in contact with the corresponding side wall of a channel 27 made longitudinally in the upper bottom surface of the carbon liner 22 and has a width which extends from one partition wall 23 of a pair to the other. The opposing cathode plates 25 are thus arranged with gaps over the length of the cell in a V-like shape, their lower edges being separated from one another by the width of the channel 27. The upper edges of the cathode plates, as shown in Figure 5, extend slightly above the upper surfaces of the partition walls 23 and terminate just below the surface of the molten flux 24. The anode 26 is made of carbon and is rectangular in shape in cross-section. Its lower end, however, is wedge-shaped, so that inclined rectangular surfaces 26 a are formed which run essentially parallel to the inner surfaces of the corresponding cathode plates 25. The anode 26 is carried by a steel busbar 28 (FIG. 5) which also serves to connect the anode to the positive pole of the electrolytic power source. The top of the anode extends beyond the level of molten flux 24 and through the crust 24a of solid or solidified flux overlying it. Since the anode is used up during operation of the cell, it is progressively led downwards in a known manner. The position of the inclined surfaces of the anode is such that the desired constant distance between the anode and cathode surfaces is always ensured.

Zwischen den einzelnen Trennwänden 23 sind entlang den inneren Längskanten der Kohlenstoffauskleidung 22 in deren oberer Bodenfläche flache Vertiefungen 29 gebildet, in denen jeweils der innere Teil eines Stromführungselementes 30 liegt, der aus einem gleichen gesinterten Körper wie die Kathodenplatten gebildet ist. Dieses Stromführungselement erstreckt sich horizontal durch die vertikale Wand der Kohlen-' Stoffauskleidung 22 nach außen und ist elektrisch mit einer Aluminiumstange 31 verbunden, die mit ihrem "inneren Ende in der äußeren Wand 21 eingebettet ist. Die Aluminiumstangen 31 sind mit dem negativen Pol einer Stromquelle für den Elektrolysenstrom verbunden. Between the individual partition walls 23 are along the inner longitudinal edges of the carbon lining 22 formed in the upper bottom surface of shallow depressions 29, in each of which the inner part a current-carrying element 30, which consists of the same sintered body as the cathode plates is formed. This current-carrying element extends horizontally through the vertical wall of the coal ' Fabric lining 22 to the outside and is electrically connected to an aluminum rod 31, which is connected to its "inner end is embedded in the outer wall 21. The aluminum bars 31 are with the negative pole connected to a power source for the electrolysis current.

Die Zelle kann in der üblichen Weise in Betrieb genommen werden.The cell can be started up in the usual way.

Wenn die Zelle in vollem Betrieb ist, ist der größte Teil der Flußmittelmischung im geschmolzenen Zustand, obgleich sich eine Kruste 24 a aus festem oder erstarrtem Flußmittel bildet, welche den Zwischenraum zwischen der Kohlenstoffauskleidung 22 der Zelle und den entsprechenden Anoden 26 überbrückt und sich auch abwärts entlang den Wänden der Auskleidung erstreckt, wie in Fig. 5 angedeutet. Auf allen freien Oberflächen der Kathodenplatten 25 lagert sich nun Aluminium in geschmolzenem Zustand ab und läuft an diesen Flächen in den Sumpf 32 hinab, der sich über die Bodenfläche der Kohlenstoffauskleidung 22 erstreckt und ebenfalls den Kanal 27 ausfüllt. Dieser Sumpf bildet die elektrische Verbindung zwischen den Stromführungselementen 30 und den Kathodenplatten 25. Im wesentlichen wird der ganze Elektrolysenstrom von diesem Sumpf aus geschmolzenem Aluminium geleitet, und nur wenig oder gar kein Strom geht durch die Kohlenstoffauskleidung. Das geschmolzene Aluminium kann aus diesem Sumpf von Zeit zu Zeit abgestochen werden.When the cell is in full operation, most of the flux mixture is in the molten state, although a crust 24 a of solid or solidified flux forms, which the gap bridged between the carbon liner 22 of the cell and the corresponding anodes 26 and also extends downwardly along the walls of the liner as indicated in FIG. On all Free surfaces of the cathode plates 25 now deposit aluminum in the molten state and runs down these surfaces into the sump 32, which extends over the bottom surface of the carbon lining 22 extends and also fills the channel 27. This sump forms the electrical connection between the current-carrying elements 30 and the cathode plates 25. Substantially all of the electrolysis current piped from that sump of molten aluminum, and little or no Electricity goes through the carbon lining. The molten aluminum can come from this sump To be tapped from time to time.

Obgleich die stromführenden Teile, die mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben wurden, z. B. die Stromführungselemente 5 oder 5 a und 5 b der Fig. 1 bis 4 und die Kathodenplatten 25 und die Stromführungselemente 30 der Fig. 5 und 6, vorteilhaft aus irgendeiner oder mehreren der genannten Verbindungen gebildet sein können, wird vorgezogen, für diesen Zweck das Borid des Titans (TiB₂) zu verwenden. Da die Herstellungskosten für diese Verbindung verhältnismäßig hoch sind, können die Kathodenplatten 25 aus dünnen Oberschichten von Boriden, die durch einen Kohlenstoffkern verstärkt sind, oder aus einer Basis, auf welcher das verdichtete gesinterte Titanborid befestigt ist, bestehen.Although the current-carrying parts described with reference to the drawing, e.g. B. the current-carrying elements 5 or 5 a and 5 b of FIGS. 1 to 4 and the cathode plates 25 and the current-carrying elements 30 of FIGS. 5 and 6, advantageously can be formed from any one or more of the compounds mentioned, is preferred for this purpose to use the boride of titanium (TiB ₂ ). Since the production costs for this connection are relatively high, the cathode plates 25 can consist of thin top layers of borides, which are reinforced by a carbon core, or of a base on which the compacted sintered titanium boride is fastened.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Current-carrying element for use as a cathode and / or as a power supply to the anode or cathode in electrolytic cells for the extraction or refining of aluminum, thereby characterized in that at least the surfaces of the element which are in contact with the molten metal Come into contact, mainly at least from a boride of titanium, zirconium, or tantalum or niobs exist.

2. Current-carrying element according to claim 1, characterized in that the element consists of a sintered body.

3. Use of one or more current-carrying elements according to claim 1 and 2 for the The molten aluminum forming the cathode is supplied with current in a reduction cell for the extraction of aluminum.

4. Use of current-carrying elements according to claim 1 and 2 in reduction cells for the extraction of aluminum in which the cathode is inclined to the horizontal.

5. Use of current carrying elements according to claim 1 and 2 for the power supply the purified one forming the cathode or anode

or unrefined, molten aluminum in cells for refining aluminum.

Documents considered: German Patent No. 622 522; Magazine »Metall«, 6, (1952), pp. 244 and 245.

1 sheet of drawings