DE1204836B - Ofen zur Herstellung von Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

C22d

Deutsche Kl.: 40 c-3/12

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

M53738VI a/40c

30. Juli 1962

11. November 1965

Die Erfindung betrifft einen Elektrolyseofen für die Herstellung von Aluminium aus Aluminiumoxyd, welches in einem Salzschmelzbad gelöst ist.

Die massive und kompakte Konstruktion der Mehrzellen-Aluminiumelektrolyseöfen mit vertikalen oder schräg angeordneten geneigten bipolaren Elektroden hauptsächlich in kettenartiger Anordnung mit Badumwälzung in geschlossenem Kreislauf ist vom Standpunkt des Wärmehaushaltes geeignet, ist jedoch schwer aufzubauen und auch ebenso schwer zu bedienen und instand zu halten. Die Überholungsarbeiten erfordern oft erhebliche Arbeit, wie weitgehendes Zerlegen, um die beschädigten Stellen innerhalb des Mehrzellenofens zu erreichen, wenn man sie reparieren will. Die isolierenden feuerfesten Materialien, welche eine Brücke zwischen der Anodenoberfläche und der gegenüberliegenden Kathodenoberfläche jedes bipolaren Elektrodenpaares bilden, unterliegen einem wahrscheinlich elektrochemischen Angriff in der unmittelbaren Nachbarschaft der Anodenoberfläche.

Durch die Erfindung sollen insbesondere diese Nachteile gemildert, d. h. die Korrosion verringert werden. Außerdem sollen aber die Elektroden unabhängig vom Inneren des Ofens angeordnet werden, um deren Ausbau zu erleichtern.

Zum Stand der Technik gehören bereits bipolare Elektroden, Endanode und Endkathode aus kohlehaltigem Material, die Erneuerung der anodischen Schicht der bipolaren Elektroden und die Schutzschicht an der Innenseite des Ofens.

Durch die Erfindung wird ein Ofen zur Herstellung von Aluminium durch Schmelzflußelektrolyse mit bipolaren Elektroden zwischen einer Endkathode und einer Endanode und mit durch feuerfestes, elektrisch isolierendes Material ausgekleideten Ofeninnenwandungen geschaffen. Dieser Ofen ist dadurch gekennzeichnet, daß das an sich bekannte freie Aufhängen der Elektroden mit dem an sich bekannten ortsfesten Anordnen der Elektroden und Überziehen der nicht elektrolytisch wirksam sein sollenden Elektrodenflanken und -bodenflächen in der Weise kombiniert ist, daß die Aufhängung oder sonstige Befestigung der Elektroden an elektrisch isolierenden Teilen liegt, die entweder ganz außerhalb des Ofens angeordnet sind oder mit dem Ofen nur durch Teile in Verbindung stehen, die nicht mit dem Elektrolyten in Berührung kommen, und daß die Elektroden zumindest bis zum höchstmöglichen Flüssigkeitsspiegel des Bades auch mit den inert überzogenen Flächen auf Abstand von der ausgekleideten Innenwandung des Ofens angeordnet sind, sowie daß kein anodischer

Ofen zur Herstellung von Aluminium durch
Schmelzflußelektrolyse

Anmelder:

Montecatini Societä Generale

per FIndustria Mineraria e Chimica;

Giuseppe de Varda, Mailand (Italien)

Vertreter:

Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dr. phil. Dr. techn.
J. Reitstötter und Dr.-Ing. W. Bunte,
Patentanwälte, München 15, Haydnstr. 5

Als Erfinder benannt:

Giuseppe de Varda,

Giorgio Olah de Garab, Mailand (Italien)

Beanspruchte Priorität:

Italien vom 3. August 1961 (14 325)

Teil der mit dem Elektrolyten in Berührung kommenden Elektroden — weder durch die überzogenen Flächen noch unmittelbar — zu irgendeinem Zeitpunkt in elektrischen Kontakt mit dem kathodischen Teil jeweils einer anderen Elektrode oder mit der Zellenkonstruktion steht.

Solche öfen können eine oder mehrere Zellen aufweisen, und in jeder Zelle befinden sich stationäre vertikale oder schräg angeordnete Elektroden aus Kohlematerial oder aus Graphit. Der für die Elektrolyse vorgesehene Raum befindet sich zwischen den Flächen entgegengesetzter Polarität von aufeinanderfolgenden Elektroden, in welchem, wenn mehr als

zwei Elektroden verwendet werden, die darin befindlichen Zwischenelektrode oder Zwischenelektroden bipolare Elektroden sind, die keine Stromzuführung aufweisen. Die Endelektroden sind mit befestigten metallischen, stromzuführenden Anschlußstellen ausgestattet, welche den Strom im wesentlichen gleichförmig auf die aktiven Flächen der Elektroden verteilen. Gelegentlich werden eine oder mehrere Reihen von Elektroden als geschlossene Kette in dem gleichen Ofen, mit Mitteln für die Umwälzung des Elektrolysebades um die Elektroden, in einer Reihe von Zellen angeordnet. Die Elektroden können für sich allein befestigt oder aufgehängt sein, z. B. durch Bau-

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teile, die auf dem oberen Teil des Ofens oder der der Elektroden dienen; die Zuführrohre für das Zelle aufruhen. Der Boden der Ofenzelle kann so ge- Methan sind in den Kanälen verankert;
formt sein, daß verschiedene Kanäle (Mulden) gebil- i) die Methanzuführrohre, die eben unter h) erdet werden, die offen und quer über die Zelle ver- wähnt wurden, bilden Tragelemente für die Belaufen und zum Sammeln und Ableiten des durch S festigung oder Aufhängung der Elektroden;
Elektrolyse an den kathodischen Flächen der einzel- j) die eben erwähnte bekannte Ergänzung kann nen Elektroden erzeugten Aluminiums dienen. gleichzeitig mit dem Verbrauch der Anode vor-Der Ofen gemäß der vorliegenden Erfindung kann genommen werden, indem die anodische Erauch die folgenden Merkmale umfassen: gänzungsschicht progressiv von oben durch ge-

a) Die Bodenform kann zumindest ebenso viele io eignete Schachtführungen (z. B. von der Art, wie Mulden wie Elektrolyseräume aufweisen, so daß diese in der deutschen Patentschrift 1148 755 jeder einzelne Raum das erzeugte Aluminium beschrieben sind) zugeführt wird. Die schützende sammelt und dieses durch eine Abführleitung Umhüllung an den Seiten und am unteren Ende und einen Überlauf in eine Sammelkammer ab- der Elektroden bildet Seitenführung bzw. Widerfließen kann, welch letztere sich selbst innerhalb 15 lager für das Halten der Ergänzungsschicht.

des Ofens befindet; ■ Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum

b) der feuerfeste Überzug oder die Auskleidung an Betrieb des erfindungsgemäßen Ofens zur Herstellung den Seiten und am Boden des Ofens und auf den von Aluminium durch Schmelzflußelektrolyse aus bipolaren Elektroden und Endelektroden kann Aluminiumoyd, welches in einem fluorhaltigen Bad durch Schwalbenschwanzverbindungen und/oder 20 gelöst ist. In einem Ofen, der eine Reihe von Zellen mit einer bitumenartigen Masse, z. B. auf Pech- i_n einer kettenartigen geschlossenen Ringanordnung basis, befestigt oder durch Aufsprühen aufgetra- aufweist, wird der schmelzflüssige Elektrolyt zwigen werden; sehen den Seiten des Ofens und den Seiten der Elek-

c) die Stromzuleitungseinrichtungen der Endelek- troden und zwischen den Unterteilen der Elektroden troden können als Aufhängungsteile für die 25 und dem Boden der Zelle in einer Richtung, vorzugs-Elektroden geformt sein; weise entgegengesetzt zu der Richtung des elek-

d) die bipolaren und Endelektroden, ebenso wie irischen Stromes, in Strömung versetzt.

die Zelle, bestehen aus kohlenstoffhaltigem Ma- Tjj_e Trennung der Elektroden von der Ofenzelle,

terial, und die Auskleidung der Elektroden und _so daß die Elektroden nicht mehr einen Körper mit

der Zelle sind aus einem feuerfesten Material 30 dem Rest des Ofens bilden, und die Maßnahme, daß

hergestellt, welches vorzugsweise aus silicium- die einzelnen Elektrolysezellen, welche früher ganz

nitridgebundenem Siliciumcarbid oder — zu- geschlossen waren, in eine Vielzahl elektrolytischer

mindest, was den anodischen Teil der Elektro- Zwischenräume umgewandelt sind, die zu dem Ofen-

den betrifft — aus Bornitrid besteht; hohlraum von allen Seiten mit Ausnahme der, die

e) der Ofen ist wärmeisoliert, entweder mittels 35 der Elektrodenfläche gegenüberliegt, offen sind, eines Wärme nichtleitenden äußeren Überzuges bringt den Vorteil, daß der Mehrzellenofen vereinauf jeder Zelle oder mittels eines Deckels, wel- facht und besser gegliedert ist. Die gleichen feuercher den Luftzutritt zum Elektrolysebad verhin- festen Materialien, die früher eine sehr geringe dert, oder beider Maßnahmen gemeinsam; Dauerhaftigkeit des Materials gezeigt haben, zeigen

f) der Abstand zwischen den Elektroden und dem 40 eine viel bessere Beständigkeit, wenn der feste Kon-Zellenboden beträgt entsprechend der elektri- takt zwischen anodischem feuerfestem Material und sehen Spannung, den Ofenmaterialien oder in kathodischem feuerfestem Material in der gleichen dem Ofen befindlichen Materialien und den Zelle vermieden wird.

Ofenabmessungen von etwa 10 bis etwa 200 mm, Diese Verschiedenartigkeit des Verhaltens läßt

vorzugsweise ungefähr 50 mm; 45 darauf schließen, daß die Korrosion des anodischen

g) der Ofen mit Endanode und bipolaren Elek- feuerfesten Materials in einem Mehrzellenofen mit troden besitzt eine durch kontinuierliche oder geschlossenen Zellen erhöht wird durch örtliches periodische Ergänzung erneuerbare anodische Durchtreten eines Teiles des Anodenstromes zu der Schicht. Diese anodische Schicht ist in der Kathode durch die feuerfeste Wand der daruntergleichen Weise wie die stationären Teile der 50 liegenden Aluminium-Sammelkammer, und durch Elektroden von der Innenseite der Zelle oder die Wand, welche die Anode von der Kathode der des Ofens in der Elektrolysezone entfernt ange- angrenzenden bipolaren Elektrode trennt und dieordnet und an den Seiten und am unteren Teil selben miteinander brückenartig verbindet.

durch einen Rahmen geschützt, der aus feuer- Viele feuerfeste Materialien, die bei Temperaturen

festem Material besteht und sich jenseits der 55 von über 1000° C von dem Schmelzbad durchtränkt stationären Elektrode erstreckt. Die bekannten und verändert sind, neigen dazu, verhältnismäßig Mittel für diese Ergänzung sind getrennt von- gute elektrische Leiter zu werden. Die Rahmen aus einander angeordnet und gegenüber der Ofen- feuerfestem Material gemäß der Erfindung umrahmen Zellenkonstruktion in der Elektrolysezone iso- nur die anodischen und die kathodischen Teile der liert; 60 einzelnen bipolaren Elektroden (sie bilden einen un-

h) die eben unter g) erwähnte bekannte Ergänzung abhängigen Block); die geringe Stromdichte und die kann z.B. periodisch mit einem gasförmigen hohe elektrische Leitfähigkeit der bipolaren Elek-Kohlenwasserstoff, vorzugsweise Methan, er- trode führt nämlich dazu, daß an allen Punkten infolgen, dadurch, daß die Elektroden blind nerhalb ihres feuerfesten Rahmens praktisch das endende Bohrungskanäle aufweisen (welche bis 65 gleiche Potential herrscht, wodurch der Effekt der in die Nähe der aktiven Anodenoberfläche hin Leitung durch dieses feuerfeste Material auf ein reichen), die zum Einführen des gasförmigen Minimum herabgesetzt wird. Anderseits wird ein beKohlenwasserstoffes in das Bad durch die Poren trächtlicher Potentialunterschied innerhalb des

gleichen feuerfesten Materials immer dann auftreten, wenn diese feuerfesten Materialien als eine feste Brücke zwischen Anode und Kathode, die auf dem gleichen elektrolytischen Zwischenraum stehen, wirken. Es scheint, daß das Vorhandensein des flüssigen Bades in den Poren des feuerfesten Materials (während es einen gewissen Stromdurchgang fördert) anodische elektrochemische Erscheinungen verursacht, insbesondere in der Kontaktzone des anodenbesteht aus einem für das Bad undurchdringlichen Material, vorzugsweise aus amorphem Kohlenstoff, und ist am Boden und an den inneren Seitenwänden mit einer Schicht feuerfestem Materials bedeckt, welches den elektrischen Strom nicht (oder nur schlecht) leitet und welches inert ist oder nur schwach angegriffen wird, wie siliciumnitridgebundenes Siliciumcarbid.

Die Zelle kann an den Außenseiten und unten mit seitigen feuerfesten Materials, welches der (entweder 10 einer Wärmeisolation versehen sein, um den Ofen im aus Metall oder aus Graphit bestehenden) Kathode Wärmegleichgewicht zu halten. Die Flüssigkeitshöhe näher liegt. Diese Zone kann als »Tripel-Zone« bezeichnet werden. Durch die Erfindung wird die
Korrosion des feuerfesten Materials vermindert, indem der feste Kontakt zwischen den feuerfesten
Materialien der Anoden- und Kathodenzonen zweier
einander folgender bipolarer Elektroden, die eine
elektrolytische Zelle bilden, vermieden wird, so daß
die feuerfesten Schichten innerhalb des Ofens, die
in Kontakt mit einer bipolaren Elektrode stehen,
immer von all den anderen feuerfesten Schichten des
Mehrzellenofens getrennt sind. Diese anderen feuerfesten Schichten sind entweder die feuerfesten Materialien, die die anderen Elektroden umrahmen, oder

die feuerfeste Auskleidung innerhalb der Zelle, die 35 zwischen der Seitenfläche der" bipolaren Elektroden das Bad enthält. Auf diese Weise wird vermieden, und der Innenseite der Zelle aufrechterhalten. Der daß die Zelle ein Potential erhält. Abstand zwischen dem Elektrodenunterteil und dem

Die bipolaren Elektroden bestehen vorzugsweise, Zellenboden wird vorzugsweise auf einem minimalen zumindest in ihrem kathodischen Teil, ebenso wie Wert von z. B. 50 mm gehalten. Während des Aufdie Endkathoden aus Graphit. Auch die permanenten 30 rechterhaltens solcher minimaler Abstände wird das Teile der Endanoden der einzelnen Reihen, die die Volumen des in dem Ofen vorhandenen Bades auf

einem solchen Wert gehalten, daß übermäßige Bodenfläche und Höhe in dem Ofen und übermäßige Verluste durch Nebenwege des elektrischen Stromes vermieden und die Bau- und Betriebskosten des Ofens gesenkt werden.

Schließlich befindet sich auf dem oberen Teil des erfindungsgemäßen Ofens eine Schicht aus feuerfestem Material, welche auch elektrisch isolierend ist und von weiteren Schichten aus wärmeisolierenden feuerfesten Materialien (in den Zeichnungen nicht dargestellt) bedeckt ist. Für die gelegentliche Kontrolle des Laufes der Elektrolyse und gegebenenfalls auch für das Einsetzen von seitwärts (zwischen den

des Bades entspricht vorzugsweise der Hälfte der Dicke des isolierenden feuerfesten Materials, welches die Elektrode oben bedeckt. Der permanente Teil jeder einzelnen bipolaren Elektrode ist in austauschbarer Weise starr aufgehängt, ist jedoch nicht für die Verstellung während des Betriebes des Ofens bestimmt, da dieser Ofen von einer Art ist, die irgendwelche Vorrichtungen für die mechanische Einstellung der Zwischenelektrodenabstände während des Betriebes entbehrt. Ein entsprechend der Spannung, den Ofenmaterialien oder in dem Ofen befindlichen Materialien und den Ofenabmessungen geeigneter minimaler Abstand von einigen Zentimetern wird

Kette bilden, sind aus Graphit hergestellt. Vom Standpunkt des Aufbaues aus betrachtet, sind nämlich in dem erfindungsgemäßen Ofen zwei Arten von Elektroden vorgesehen:
a) bipolare stationäre Zwischenelektroden, welche an ihren Seiten und an ihrem unteren Ende und gegebenenfalls auch am oberen Teil durch eine Schicht feuerfesten Materials, welches gegenüber dem Bad und der Elektrolyse inert ist, umrahmt sind, so daß nur die Oberflächen, die elektrolytisch wirksam sein sollen, frei bleiben, das sind jene, welche der gegenüberliegenden Elektrode zugewandt sind;

b) monopolare stationäre Endelektroden, die eben- 45 Elektroden und der Zelle) entfernbaren elektrischen falls an ihren Seiten, am unteren Teil und ge- Widerständen zur Verwendung bei Inbetriebnahme

gebenenfalls am oberen Teil mit einer Schicht von inertem feuerfestem Material umrahmt sind, welches in diesem Fall auch die Fläche bedeckt, die der anodischen oder kathodischen aktiven Oberfläche gegenüberliegt.
Solche feuerfeste Überzüge verhindern den Verbrauch der Seiten und Grundflächen der bipolaren Elektroden und auch der Rückseiten der Endelek-

des Ofens sind Beobachtungsdeckel vorgesehen. Die Stromzufuhr durch stromführende Schienen erfolgt ausschließlich an den Endelektroden jeder Serie oder 50 jeder Kette von Elektrolyseräumen oder Elektroden. In die Endelektroden sind stromführende Metallstäbe vorzugsweise in die Tiefe eingeführt und in geeigneter Weise unterteilt angeordnet, dimensioniert und befestigt, um Kontaktverluste so gering wie mögtroden, da dieser Verbrauch als eine Nebenerschei- 55 lieh zu halten und um eine regelmäßige und gleichaung der Elektrolyse auftreten würde. Dadurch, daß förmige Verteilung des elektrischen Stromes auf die

3ie Dicke der überzogenen bipolaren Elektroden größer gehalten wird als dem minimalen Wert von mgefähr 20 bis 30 cm entspricht, sind die elekirischen Verluste infolge von Nebenwegen Stromes durch das Bad außerhalb der feuerfesten Umrahmung der Elektroden auf geringe und daher rernachlässigbare Prozentsätze vermindert.

Die elektrolytisch aktiven Oberflächen der bipolaren Elektroden, die in der beschriebenen Art lufgehängt sind, werden ganz von dem aus geschmol- :enen Fluoriden bestehenden Bad umspült, welches ich in einer gemeinsamen Zelle befindet. Diese Zelle elektrolytisch aktiven Flächen zu gewährleisten. Solche Stäbe müssen selbstverständlich von allen anderen Ofenteilen elektrisch isoliert sein, und eine des 60 Berührung mit dem Bad muß vermieden werden. Um den anodischen Verbrauch der befestigten Elektroden auszugleichen, kann man nach irgendeinem der folgenden bekannten Verfahren vorgehen: A) Periodische Ergänzung der Elektroden von dei Badseite mittels anodischer Kohlenleisten, die nach deren beinahe vollständigem Verbrauch ausgetauscht werden können, welche gegen die nach unten geneigten Anodenflächen durch den

hydrostatischen Druck des Bades angedrückt werden, Die abdeckende Schicht aus feuerfestem Material, welche in einer höheren Lage angeordnet ist als die Anodenfläche einer einzelnen Elektrode, dient als oberer Anschlag.

B) Kontinuierliche anodische Ergänzung mit festem anodischem kohlestoffhaltigem Material, welches periodisch oder kontinuierlich von oben z. B. durch einen Schacht aus feuerfestem Material zugeführt wird. Diese Schicht für die anodische Ergänzung wird an ihrem unteren Ende (oder unterem Rand) durch einen Sockel aus feuerfestem Material, welcher unter dem Boden der bipolaren Elektroden (und der Endanoden) angeordnet ist, gehalten und wird im folgenden noch näher beschrieben.

C) Periodische anodische Ergänzung mit einem gasförmigen Kohlenwasserstoff, wie Methan, der in die anodische Zone jeder Elektrode unter leichtem Druck eingeführt wird, z. B. durch die Tragstäbe, die in diesem Fall rohrförmig ausgebildet sind und gleichzeitig für die Aufhängung der bipolaren Elektroden (oder der Endanoden) bestimmt sind. Das Gas wird beim Durchtreten durch die Poren der bipolaren Elektrode oder der angrenzenden Schicht des Bades zersetzt und bildet an der Oberfläche oder in der angrenzenden Badschicht eine Schicht aus schwammartigem Ruß, welcher dann während der Elektrolyse verbraucht wird.

Das Aluminium, das sich an der Kathodenoberfläche der Elektrolysezelle abscheidet, läuft zunächst an der Kathode herunter und fällt dann durch die freie Badschicht auf den Boden der Zelle, die das Bad enthält.

Die Badzirkulation (vorzugsweise im Gegenstrom relativ zum elektrischen Strom) findet durch die freien Zwischenräume zwischen den Wänden (einschließlich des Bodens) jeder einzelnen Zelle und den Elektroden, die darin aufgehängt sind (umrahmt mit feuerfestem Material) statt.

Die Zeichnungen zeigen beispielsweise einen Ofen gemäß der Erfindung.

F i g. 1 zeigt einen Grundriß einer ganzen Hälfte eines kettenartig aufgebauten Ofens und einen Teil einer anderen Hälfte einer Kette von Zellen;

F i g. 2 ist ein Längsschnitt durch eine Reihe von Zellen des kettenartig aufgebauten Ofens der F i g. 1, welcher auch eine Aluminiumoxydzufuhrkammer einschließt, jedoch keine Badhebevorrichtung aufweist;

Fig. 3 ist ein Querschnitt des kettenartig aufgebauten Ofens der Fig. 1 und 2, welcher mit Schächten ausgestattet ist, die an der zentralen Längswand angeordnet sind und zum Abzapfen des erzeugten Aluminiums dienen;

F i g. 4 ist ein Querschnitt eines kettenartig aufgebauten Ofens von unterschiedlicher Konstruktion, in welchem die zentrale Längswand mit Schächten mit Überlauf und einem gemeinsamen Sammelgefäß versehen ist, welches zum Sammeln des in allen Zellenreihen erzeugten Aluminiums vorgesehen ist;

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt einer bipolaren Elektrode, die mit perforierten Rohren ausgestattet ist, deren Löcher für die Einführung von Methan zum Zweck der Ergänzung des anodischen Verbrauches dienen. Die perspektivische Ansicht der

F i g. 6 zeigt einen Teil eines modifizierten Ofens gemäß der Erfindung, in welcher zum Zweck größerer Klarheit die Vorderwand des Ofens sowie auch der ganze Deckel entfernt wurde.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Zelle 1, welche das Bad enthält und aus kohlenstoffhaltigem Material besteht; an ihrer gesamten Innenfläche ist diese Zelle mit einer feuerfesten Schicht 2 ausgekleidet. Die Badströmungsrichtung ist durch Pfeile B angedeutet, während die Richtung des elektrischen Stromes mit den Pfeilen E angegeben ist. Die Zelle 1 ist an ihrer Außenseite durch einen schützenden Isoliermantel 3 wärmeisoliert.

Wie aus den F i g. 2 und 3 ersichtlich, sind die bipolaren Elektroden 4 starr an den Tragstangen 7 aufgehängt, welch letztere an den Längsträgern 17 befestigt sind. Die Stangen sind an den Trägern 17 durch Teile 19 befestigt, welche z. B. Bolzen (F i g. 2, 3, 4) oder Kragen 19' (F i g. 6) sein können. Jede Stange 7 ist elektrisch von ihrem Tragbalken durch einen Isolator 20 isoliert. Die Balken 17 sind ebenfalls elektrisch vom Rest des Ofens durch Isolatoren 18 isoliert.

Die monopolaren Endelektroden »4 bis* sind mit Stromzuführungseinrichtungen ausgestattet. Die beiden Stromzufuhrstäbe 14 und 15 (F i g. 1) und die zentralen verbindenden Stromzuführungsstäbe 9 ebenso wie die verbindenden Stromzuführungsstäbe der Verbindung 28 am äußersten Ende des kettenartig aufgebauten Ofens dienen auch, wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, für die Aufhängung der monopolaren Elektroden »4 bis«..

Bei den Ausführungsformen, die in den F i g. 2, 3 und 4 dargestellt sind, wird der sich verbrauchende Anodenteil 5 jeder Elektrode von oben durch einen Schacht (in den Zeichnungen nicht dargestellt) zugeführt. Sowohl die bipolaren Elektroden 4 als auch die Endelektroden »4 bis« sind mit einem feuerfesten Überzug umrahmt, der sowohl gegenüber dem Aluminiumbad als auch gegen Elektrolyseeinfluß inert ist; diese Umrahmung besteht aus den Seitenüberzügen 6, den Grundflächenüberzügen 22, den oberen Überzügen 43 sowie den seitlichen Überzügen 21 der monopolaren Endelektroden »4 bis« (F i g. 2). Diese Überzüge sind an dem kohlenstoffhaltigen Material (z. B. Graphit) des Elekrodenkörpers mittels schwalbenschwanzartiger Nuten und gegebenenfalls unter Anwendung einer Klebemasse auf Pechbasis 34 zwischen dem Überzug und der stationären Elektrode befestigt.

Bei den in den F i g. 2, 3, 4 und 6 dargestellten Ausführungsformen ist eine weitere Schicht wärmeisolierenden feuerfesten Materials (nicht dargestellt in den Zeichnungen) auf den Überzügen 43 angeordnet, welche auch als Führung für den verbrauchbaren Anodenteil 5 dienen.

Bei dem Ofen gemäß den Fi g. 1 und 2 erfolgt die Zufuhr des Aluminiumoxyds vorzugsweise halbkontinuierlich durch eine Zufuhrmeßvorrichtung 8 in einer Kammer »8 bis« außerhalb der Elektrolysezonen. Das Anheben des Bades von der unteren Endkammer 10 auf die höhere Kammer erfolgt in an sich bekannter Weise.

In F i g. 5 ist eine bipolare Elektrode 35 abgebildet, die nicht durch Stangen, sondern durch Rohre 36 aufgehängt ist, durch welche Methan in den Elektrodenkörper in die Nähe der aktiven Anodenoberfläche eingeführt werden kann; unter leichtem Druck verläßt das Methan die Bohrungen 37, dringt durch die Poren der kohlenstoffhaltigen Materialschicht, die

die Bohrungen von dem Bad abtrennt, zersetzt sich unter dem Einfluß der Temperatur und bildet an der anodischen Oberfläche oder in der angrenzenden Badschicht eine schwammartige und sich verbrauchende Rußschicht 40. Die bipolare Elektrode 35 ist am Boden und an den Seiten durch eine feuerfeste Schicht 39 geschützt, die gegenüber dem Bad unter der Elektrolyseeinwirkung inert ist, und ist rund um ihren oberen Teil über- und unterhalb des Schmelzbadspiegels 42 mit inerten feuerfesten Leisten 38 umrahmt.

"Wie aus den Fig. 1, 3 und 4 ersichtlich, sind die zentralen Längswände 12, die aus feuerfestem Material bestehen, mit vertikalen Schächten 13 für das erzeugte Aluminium versehen, welche Deckel 27 besitzen, die in F i g. 1 nicht dargestellt sind. Das in den einzelnen Zellen erzeugte Aluminium wird zu dem entsprechenden Schacht 13 durch einzelne Rinnen 25 geführt, die geeignet dimensioniert und am Zellenboden angeordnet sind, um dem Einfluß der Bad-Zirkulation zu begegnen. Diese Rinne 25, die unter jedem Elektrolyseraum 16 einen vorzugsweise geneigten Boden besitzen, sind durch Leitungen 26 mit den Schächten 13 verbunden. Da ein Teil des erzeugten Aluminiums, wenngleich dies nur sehr wenig ist, mit der Strömung des Bades mitgenommen wird, ist eine weitere Rinne »25 bis« vorgesehen, welche nach dem letzten Elektrolyseraum 16 (in der Richtung der Badzirkulation) jeder Serie von elektrolytischen Zellen angeordnet ist. Die Rinne »25 bis« mündet ebenfalls und in gleicher Weise wie die Rinnen 25 in einen Schacht.

Die Darstellung der F i g. 2 zeigt den ganzen Ofen am Oberteil mit aus feuerfestem Material bestehenden, elektrisch- und wärmisolierenden Schichten 23 geschlossen, doch sind Schaudeckel 24 vorgesehen, die das Bad von der umgebenden Atmosphäre schützen.

Wie aus F i g. 4 ersichtlich, sind die Schächte 13 durch eine Leitung 29 mit der geneigten Rinne 25 verbunden und mit einem Überlauf 33 ausgestattet, welcher dazu dient, das erzeugte Aluminium in einen Aufnahmeraum 31, der jeder Reihe von Zellen gemeinsam angehört, einzulassen. Das Aluminium 30, das in diesem Aufnahmeraum 31 gesammelt wurde, kann jederzeit, ohne daß der Betrieb des Ofens unterbrochen werden müßte, entnommen werden; es muß nur vorher der Deckel abgenommen werden.

Der Ofen der Erfindung kann ein oder mehrere Merkmale von bekannten Mehrzellenöfen für Aluminiumlektrolyse aufweisen, wie die in den deutschen Patentschriften 1 154 948, 1 160 645, 1 177 829, 1174 516, 1138 555, 1148 755, 1118 077, 1 045 987 und 1 147 389 sowie in der deutschen Auslegeschrift 1 146 260 beschriebenen und beanspruchten und/oder in der Kombination mit den Merkmalen der französischen Patentschrift 1 197 645 und den zugehörigen Zusatzpatenten 75 642 und 613 verkörperten.

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Claims (10)

Patentansprüche:

1. Ofen zur Herstellung von Aluminium durch Schmelzflußelektrolyse mit bipolaren Elektroden zwischen einer Endkathode und einer Endanode und mit durch feuerfestes, elektrisch isolierendes Material ausgekleideten Ofeninnenwandungen, dadurch gekennzeichnet, daß dabei das an sich bekannte freie Aufhängen der Elektroden mit dem an sich bekannten ortsfesten Anordnen der Elektroden und Überziehen der nicht elektrolytisch wirksam sein sollenden Elekrodenflanken und -bodenflächen in der Weise kombiniert ist, daß die Aufhängung oder sonstige Befestigung der Elektroden (4) an elektrisch isolierenden Teilen (20) liegt, die entweder ganz außerhalb des Ofens angeordnet sind oder mit dem Ofen nur durch Teile in Verbindung stehen, die nicht mit dem Elektrolyten in Berührung kommen, und daß die Elektroden (4) zumindest bis zum höchstmöglichen Flüssigkeitsspiegel des Bades (B) auch mit den inert überzogenen Flächen (21, 22) auf Abstand von der ausgekleideten Innenwandung (2) des Ofens angeordnet sind sowie daß kein anodischer Teil (5) der mit dem Elektrolyten in Berührung kommenden Elektroden — weder durch die überzogenen Flächen (21, 22) noch unmittelbar — zu irgendeinem Zeitpunkt in elektrischem Kontakt mit dem kathodischen Teil (4) jeweils einer anderen Elektrode oder mit der Zellenkonstruktion (1, 2, 3) steht.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden unterhalb jedes Elektrolyseraumes zwischen einem Elektrodenpaar Rinnen (25) zum Sammeln des erzeugten Aluminiums aufweist, in denen es abläuft und durch eine Leitung (26, 29) und einen Überlauf (33) in eine Sammelkammer (31) innerhalb des Ofens gelangt.

3. Ofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der feuerfeste Überzug an den Seiten und am Boden des Ofens sowie auf den bipolaren Elektroden und Endelektroden durch nutenartige Verbindungen und/oder ein Bindemittel montiert ist.

4. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikal angeordneten Stromzuführungen (28) der Endelektroden als Aufhängungsteile für die Elektroden ausgebildet sind.

5. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bipolaren Elektroden und die Endelektroden ebenso wie die Zelle aus kohlenstoffhaltigem Material bestehen und daß der Überzug auf den Elektrodenflächen und auf der Ofeninnenwandung aus feuerfestem Material auf der Basis von siliciumnitridgebundenem · Siliziumcarbid oder — was den anodischen Teil der Elektroden betrifft — aus Bornitrid bestehen.

6. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Endanoden und bipolaren Elektroden eine anodische Schicht aufweisen, die durch kontinuierliche oder periodische Ergänzung erneuert werden kann, wobei die Schicht von der Ofeninnenwandung entfernt und in der Zone, die für den Elektrolyten bestimmt ist, angeordnet ist und an den Seiten und am Boden durch einen feuerfesten Rahmen (6) geschützt ist, der von der stationären Elektrode vorspringt, und daß Mittel zur Ausführung der Ergänzung vorgesehen und in bezug auf die Zellenkonstruktion innerhalb der Zone für sich allein und isoliert angeordnet sind.

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7. Ofen gemäß Anspruch 6, wobei die Ergänzung der anodischen Schicht mit einem gasförmigen Kohlenwasserstoff, vorzugsweise Methan, vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden mit Blindbodenkanälen (37) ausgehöhlt sind, die bis in die Nähe der aktiven Anodenoberflächen reichen zum Zweck der Einführung des gasförmigen Kohlenwasserstoffs durch die Poren der Elektroden in das Bad, und daß die Kohlenwasserstoff-Zufuhrrohre in den Kanälen fest verankert sind.

8. Ofen nach Anspruch?, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (36) zur Aufhängung der Elektroden dienen.

9. Ofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ergänzung der anodischen Schicht entsprechend dem Verbrauch von oben durch progressive Zufuhr mit geeigneten Schachtführungen erfolgt und daß die schützenden

Überzüge an den Seiten und am Boden der Schicht eine Seitenführung bzw. einen Anschlagsockel für das Festhalten der Schicht selbst bilden.

10. Verfahren zum Betrieb des Ofens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen aus einer Reihe von Zellen in geschlossenem kettenartigem Kreislauf gebildet wird und indem der schmelzflüssige

ίο Elekrolyt zwischen den Seiten und Wänden der Elektroden und des Ofens und zwischen den Böden der Elektroden und dem Boden der Zellen in einer einzigen Richtung in eine Strömung versetzt wird, die der des elektrischen Stromes entgegengesetzt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Österreichische Patentschriften Nr. 204 796, 797, 205 758, 208 090, 209 063.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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