DE1153538B

DE1153538B - Aluminiumelektrolyseofen

Info

Publication number: DE1153538B
Application number: DEA38423A
Authority: DE
Inventors: Johannes Schmitt; Dr Hubert Wittner
Original assignee: Aluminium Industrie AG
Current assignee: Aluminium Industrie AG
Priority date: 1959-12-29
Filing date: 1961-09-26
Publication date: 1963-08-29
Also published as: GB899509A; US3090744A; DE1136121B; SE304612B; CH388633A

Description

Gegenstand des Hauptpatentes ist ein Elektrolyseofen für die Herstellung von Aluminium durch Schmelzflußelektrolyse, wobei der Anodenbereich durch einen Zwischenraum in zwei voneinander getrennte Hälften geteilt ist. Der Ofen ist dadurch gekennzeichnet, daß in diesem Zwischenraum eine maschinenangetriebene, im wesentlichen in vertikaler Richtung wirkende und über die ganze Länge des Anodenbereiches reichende Krusteneinschlagvorrichtung angeordnet ist. Das Hauptpatent bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Elektrolyseofens.

Beim Betrieb eines Aluminiumelektrolyseofens nach dem Hauptpatent wird die mit Tonerde beladene harte Kruste von erstarrtem Elektrolyten (die Flußdecke), die sich an der Oberfläche des Elektrolytbades befindet, nur im Raum zwischen den Anoden zwecks Einführung weiterer Mengen von Tonerde in den Schmelzflußelektrolyten eingestoßen, nicht aber wie bei den Öfen herkömmlicher Bauart zwischen den Längswänden des Elektrolyseofens und den Anoden. In den Elektrolyseöfen herkömmlicher Bauart bildet sich eine Kruste von erstarrtem Elektrolyten auch an der Kohlewandung des Elektrolyseofens. Diese erstarrte Kruste ist dort erwünscht. Sie bildet eine thermische und elektrische Isolation und verengt vorteilhafterweise das Fluß- und Metallbad im Ofen. Der elektrische Strom wird auf die Kathode konzentriert, und der Spiegel des an der Kathode abgeschiedenen Metalls steigt schnell an, was die Stromausbeute günstig beeinflußt.

Bei genauer Einhaltung einer gleichmäßigen Temperatur und einer gleichmäßigen Aluminiumfluoridkonzentration im Elektrolyten läßt sich die Dicke der Elektrolytkruste an den Wänden des Elektrolyseofens gleichmäßig halten. Starke Schwankungen sind jedoch nicht mit Sicherheit ausgeschlossen; solche Schwankungen haben einen ungünstigen Einfluß auf den Betrieb des Ofens.

Vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf eine Weiterausbildung des Elektrolyseofens gemäß dem Hauptpatent. Erfindungsgemäß werden die Innenwände des Aluminiumelektrolyseofens nicht mit der üblichen Kunstkohlemasse ausgekleidet, sondern mit einer neuen, die Wärme und den elektrischen Strom schlecht leitenden Stampfmasse, die aus 40 bis 85% Siliciumcarbidpulver, 45 bis 7% Kokspulver und 15 bis 8 % Pech besteht.

Vorzugsweise wird folgende Zusammensetzung verwendet:

Siliciumcarbidpulver 70 bis 80%

Kokspulver 15 bis 10%

Mittelhartpech 15 bis 10%

Aluminiumelektrolyseofen

Zusatz zum Patent 1136 121

Anmelder:

Aluminium - Industrie -Aktien - Gesellschaft, Chippis (Schweiz)

Vertreter: Dr. K. Schwarzhans

und Dipl.-Chem. Dr. phil. E. Jung, Patentanwälte,

München 19, Romanplatz 10

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 28. Oktober 1960 (Nr. 12 092)

Johannes Schmitt und Dr. Hubert Wittner,

Rheinfelden (Bad.),
sind als Erfinder genannt worden

Als sehr gut geeignet hat sich eine Mischung aus 75% Siliciumcarbid, 14% Kokspulver und 11% Mittelhartpech erwiesen. Es ist selbstverständlich möglich, der erfindungsgemäßen Stampfmasse geringe Mengen anderer Stoffe zuzusetzen, sofern diese das Ergebnis nicht beeinträchtigen.

Das Siliciumcarbid soll in der vorstehend beschriebenen Stampfmasse in Korngrößen von 0 bis 6 mm vorliegen. Das Kokspulver kann aus allen beliebigen Kokssorten hergestellt sein und soll eine Korngröße von 0 bis 22 mm haben. Die Mischung wird zweckmäßigerweise bei einer Temperatur zwischen 50 und 250° C hergestellt, wobei eine beliebige Pechart entweder in vorverflüssigter Form oder in Stücken zugesetzt wird.

Es wurde erkannt, daß die erreichte mechanische Festigkeit der neuen Masse nach dem Stampfen auf

der wechselseitigen Wirkung des Pechs und des Kokspulvers beruht. Pech und Kokspulver bilden eine Art Wabenstruktur, in deren Hohlräumen das Siliciumcarbid als Füllkörper eingelagert ist.

Die neue Stampfmasse ist in reduzierender Atmosphäre gegen den Schmelzflußelektrolyten und gegen flüssiges Aluminium beständig. Ihre elektrische Leitfähigkeit ist je nach Gehalt an Siliciumcarbid 5- bis

309 669/248

15mal kleiner als diejenige der bisher verwendeten Kunstkohlestampfmasse. Die Wärmeleitfähigkeit ist um die gleiche Größenordnung kleiner.

Der Aluminiumelektrolyseofen gemäß der vorliegenden Erfindung bietet außer den Vorteilen des Elektrolyseofens nach dem Hauptpatent den erheblichen Vorteil, daß eine seitliche Verkrustung der Ofenwandung während des Betriebs überflüssig ist, denn die neue Stampfmasse leitet den elektrischen Strom sehr schlecht, und der Schmelzflußelektrolyt dringt in die neue Stampfmasse nicht ein. Da die aus der neuen Masse gestampfte Wandauskleidung weder vom Schmelzfiußelektrolyten noch vom Metall angegriffen wird und infolge der schlechten Wärmeleitfähigkeit warm bleibt und nicht verkrustet, bleiben die horizontalen Abmessungen des Fluß- und Metallbades konstant. Die Elektrolysezelle kann infolgedessen stets mit dem günstigsten Wirkungsgrad betrieben werden.

Die Vorteile, welche der Elektrolyseofen mit der erfindungsgemäßen Auskleidung der Wände bietet, sind in dem als Beispiel schematisch dargestellten Ofen nach der Figur besonders gut ausgenutzt. Diese Figur stellt schematisch einen erfindungsgemäßen Aluminiumelektrolyseofen 1 dar mit vorgebackenen Kohleanoden 2, feuerfester Auskleidung 9, Kohleboden 3, Wandauskleidung 4 aus Siliciumcarbidpulver, Kokspulver und Pech, mit einer Schicht 5 aus gewöhnlicher Kunstkohlestampfmasse ohne Süiciumcarbidzusatz und mit Kathodenbarren 6. Die obere Randschicht S ist mit einem Stahlblech 7 bedeckt. 8 ist das flüssige Aluminium, dessen Spiegel hier die größte Höhe erreicht hat.

Die Wandauskleidung 4 ist so gestaltet, daß sich bis zur größten Höhe, die der Metallspiegel erreicht, ein gegenüber dem Flußbett stark verengtes Metallbett bildet. Bei der im Verlauf der Elektrolyse erfolgenden Metallabscheidung steigt das Aluminium in diesem verengten Bett verhältnismäßig schnell an bis zu der Höhe dessen oberer Kante. Das Metall wird abgeschöpft, sobald der Metallspiegel diese Höhe erreicht hat. Infolge des schnellen Ansteigens des Metallspiegels hat der Abstand zwischen dem unteren Teil der Elektrode und dem Metallspiegel die Tendenz, sich zu verringern, so daß die Ofenspannung dementsprechend sinkende Tendenz hat. Mit anderen Worten, der Elektrodenabbrand hält mit dem Ansteigen des Metalls nicht Schritt, was zu einer Verringerung des Abstandes führt. Infolge der sinkenden Tendenz der dem Ofen zugeführten Wärmeenergie bleibt der Ofen auf einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur, bzw. die Ofentemperatur bleibt konstant, wodurch die Stromausbeute im günstigen Sinne beeinflußt wird.

Beim Betrieb der Öfen mit Wandungen aus der siliciumcarbidhaltigen Stampfmasse hat es sich gezeigt, daß der obere Rand der Wandauskleidung unter Einwirkung von Elektrolytspritzern und von Luftsauerstoff unter ungünstigen Umständen ein wenig angegriffen wird, wodurch Siliciumoxyd, das die Siliciumcarbidteilchen in dünnster Schicht umhüllt, infolge Wegbrennens des Kohlenstoffes freigelegt wird und in den Ofenfluß gelangen und dadurch einen leichten Anstieg des Siliciumgehaltes des Kathodenmetalls verursachen kann. Diese Gefahr wird durch Anordnen der Schicht 5 aus herkömmlicher Kunstkohlestampfmasse auf dem oberen Rand der Wandauskleidung beseitigt. In der Ausführung nach der Figur ist die Schicht 5 aus herkömmlicher Kunstkohlestampfmasse noch durch ein Stahlblech geschützt, das in geeigneter Weise verankert ist.

Claims

PATENTANSPRUCH:

Elektrolyseofen für die Herstellung von Aluminium durch Schmelzflußelektrolyse, wobei der Anodenbereich in durch einen Zwischenraum voneinander getrennte Hälften geteilt ist, nach Patent 1136 121, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des Ofens innen durch eine Stampfmasse aus 40 bis 85 °/o Siliciumcarbidpulver, 45 bis 7 °/o Kokspulver und 15 bis 8% Pech ausgekleidet sind und daß die Auskleidung eine solche stufenartige Gestalt hat, daß die horizontalen Abmessungen des Raumes unmittelbar über dem Ofenboden, der das flüssige, kathodisch abgeschiedene Aluminium aufnimmt, verengt sind gegenüber denjenigen des Raumes, der den Hauptteil des Schmelzflußelektrolyten während des Betriebes enthält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

309 669/24S 8.63