DE1458526A1 - Verbesserung des Arbeitens elektrolytischer Aluminiumherstellungssysteme - Google Patents

Description

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Kaiser Aluminum ft CheBioal Corporation, Kaiser Center, 300 Lakeeide DriT«, Oakland 12, Kallfomien (T. St* A,

7«r¥9»serung dee Arbeitene elektrolytieolier JLLumiiiltt»-

Di· vorliegende Erfindung beeieht eich auf ein· Arbeitete von Alxmiaixaeheretellungeeyeteaeii. Inebeeouder·

eioh die Brfindung auf eine Terbeeeenmg dee eilt· AloeiniueherirtellungeeyBtee», welohee mam einer elektrolTtieoher Reduktionesellen beetelit, «1· »ie Üblioher- «el·· tob der Alaainiuoindiietrie ferwendet werden _o

la let gefunden worden, da# Ate Binverleiinmc li-lhi«»- beXtigen üBteriale in den Blektirolyten eine weeentliohe Iteng der Heretellungekapasitöt to» Redt4rtion»»elleÄ welene naeh uwr bekannten aohael—lektrolye-«mnthode wir Herstellimg ton Altminiue ai» Altaeinitieoijt mrbeiteno

Sä wurde nwronnhr gefunden, dafl eine oeaerlcenewerte Terbeeeerune de» Arbeite»· von Aluminiumheretellung»»y»teaen mit der yerwendtmg eine» lithiiaahaltigen Material» Im Blektrolyten

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BAD OBiGlNAL

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erclelt werden kann» während am at· Geeaertoaorcieinrftthr in da· Alumlniuiüherstellunseeyetem auf eine» Wert halt, weloher Ib weeentliohen den ursprünglichen AuforderuiieeB e*w. Tor» eehriften gleich i*t.

Baher wird #rflnd\me*geBäB ·1ηβ fitrbeeseruog i·· Artolten»

*. Β· τοη

•lektrieoh Sn Serie ge«ohBlt*tta elektrolytiioh·» Reduktion·-

ff *

■•lltn g«eohaff«n, welch» geeohmolsen« 3>l—leF>> Tt— Soloh· Alualnlumheratelluneesye-te»· elnd dafttr e»»ien«t_r ■·! •inea Torbestinmten Wert elektrieoher En*rgl*Buftthr su arbeiten. 1>1βΒ·Γ TPert an elelrtrieoher inergiesufXütr iet darauf * bereehnet, eine be at 1—her· AliBainitteprodiurtlmu-Tige «u •ohaffeuo Die erflndung*eea»fle Terbeeeerun« gestattet eine beoerkea#wert» Irhöhune der ilvn1i>1ie^eeeeitgtf>dettiom dl···· Syetee· («Bd der elnielnen Zellen Innerhmlb die··· ) -bei Uk weeentliohen &#* gleiohea elektrieohen *»rgi#eufuhr μλ einem eolofaea Syateei. M· msetX m\\\n$ßgmtM ie Τ·**β···Γυη« ktwunieloMt «loh fta&uveh₉ AaI w dem Blektrolyt« iithii haltig·· Materiea einrerleibt mA damaoh de« limgm»y«te« «im elektrieohe Xnergle mifühxt, welche *uf d*r See»· de· mmUnulloh vaVBeetianf»·» Vürt·· em elektrieoher Bnergie

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Dit ÜSA-P*t»ntBOhrift 400 766 von Hall Tom 2. April 1889 eohlägt die Verwendung τοη Lithium/luorid al· Ereatz für einen feil d·· Hatriumfluoride vor, um das Elektroljtbad "sohaelsbarer* to machen« Seit jener ÜSA-Patentaohrift sind zehlrelohe Toreohläge unterbreitet worden, us Lithium in Electrolyte für elektrolytisch· leduktlonesellen sn Tereehledenen Zweeken, einsohliefllioh einer Erhöhung der Elektrolytleitfähigkeit einzuverleiben. So betont die bieherige Praxie die Binrerleibung von Lithium in den Blektrolyten sta Zwecke der Eerateetsung der Energiekoeten, obwohl auoh solion gezeigt norden let, daß die Produktioneleistung an Aluminium etark erhöht werden könnte, wenn man die Zufuhr elektrischer Energie zur Zelle naoh dem Zusetzen ron Lithium sub Elektrolyten erhöht«

Se wurde nunmehr gefunden, daS eine erhöhte Aluminitcaproduktion ohne Übereohreiten der vorbestimmten Qrensen en elektrieoher Oeeamtenergie erreicht werden kann₀ So wurde erfindungsgemäß festgestellt, daß eine Erhöhung der Aluainlumproduktlon erslelbar 1st, während nan nooh Innerhalb de· RahmmiB der bestehenden elektrischen Bnereieanforderuttgen und -rorsohriften arbeitetο

Wie aus der folgenden Tabelle, welche drei Arbeitebeiepiele τοη JLluminiUBherstellungasellen wiedergibt, «relohtlioh ist, können bemerkenswerte Erhöhungen der Aluainiumproduktion er»

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6AD ORK3INAL

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reloht werden ρ während man die Energiezufuhren (und «anforderungen) noch, auf den bestehenden Ebenen hält· Die Tabelle be« Bohreibt dae Arbeiten der elektrolyt!sehen Zelle, und ssma* dea Vergleich dea herkömmlichen Arbeiten» der Zelle (Standard) mit das Arbeiten der gleichen 'Zelle unter Verwendung Von

5 1° Llthiumfluorid im Elektrolyten bei Aufreohterhaltung gleicher Zufuhren an elektrischer Gesamtenergie. BIe Erhöhung der Aluminiumproduktion, ausgedrückt in Gewichtseinheiten (pound) des Aluminiums je Zelle und Tag liegt bei etwa

6 #. Die standard- bzw. herkömmlichen Zellen aind natürlich die gebräuchlichen elektrolytisohen Reduktionesellen de· Hall-Heroult-Type, wie sie gewöhnlich heutzutage in der Aluminiuminduetrle verwendet werden· Solche Zellen verwenden Elektrolyt« _v welche im wesentlichen aus eine« Gendsch Ton Fluoriden des Hatrtas und Aluminiums bestehen, In welchen Aluminiumoxyd gelöst ist* Solche Elektrolyt bestehen typiseherweise im wesentlichen (in Oew*^ des Elektrolyten) aus 80 bis 90 £ Natriumfcryolith (Na,AlP₆)_f 0 bis 10 # Aluminiumfluorid (AIP»), 5 bis 12,5 % Caloiumfluorid und 2 bis 6 i> Aluminiumoxyd

überschreitet man die Anforderungen an die Energiezufuhr nicht ρ so entstehen Kostenerhöhungen nur duroh die Auega» ben für die Verwendung von Lithium im Elektrolyten. Saher ist es nicht erforderlich, die Anforderungen an die Energie anlage bsw₀ deren Leistungserfordorni^se auseudehneK oder

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Vorrichtungen zur Beschaffung aueätzlicher Energie sweoke Ersielung einer erhöhten Kapazität bereit zustellen. Außerdem kann daa modifieierte Arbeiten der herkömmlichen Zellen unter Benutzung lithiuiahaltiger Elelctrolyte bei gleichen Energfcbedingungen durchgeführt werden Mt su der Zeit, zu der ee ale wirteohaftlieh wüneohenewert angesehen wird, zur Brreiohung einer weiteren Steigerung der Aluminiumprodulrfcionekapazität nooh mehr Energie ausufUhren.

Tabelle

	Zelle	\	86,0 $>	11A"	Zeil	s "B"	Ze:	Ue »σ*
Aspire.	Stan- · dard- bad	0,46	Bad mit 5 # M?	Stan dard bad	Bad mit 5 1> MT	Stan dard** Bad	Bad mit ■5 * Ί&9
ToIt	O 000	18vg8	10 250	50 000	51 150	100 000	102 500
Sleiohstroale: atung |e GefäJ	5,20	5,08	4,90	4,79	4,60	4,50
kg Al je Oefäl (pojmd	52	52	245	245	460	460
Stromau*beute	73,05 1.61:	542,01 754	361t97 798	707,62 1560	74839 *65tl
kg OAg Al		85,0 $	88,0 i»	88,0*	91*Ö5(
(DC Jäf/lTi. Al	Of44	0,50	0,48	0,48	0,46
17.07	17,18 7,81	16,24,

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BAD 0RK5JNAL

£rfindungsgemäß wird lithiuahaltigee Material dem Elektrolyten der elektrolytisohen Reduktionessellen, welohe in der Lage sind, bestimmbare Aluminiummengen zu erzeugen» einverleibt· BIe BIn-Terleibung dea Lithiums in den Elektrolyten hat die Wirkung, dafl dieselbe Produktionsmenge alt geringerer Energieauf uhr, B. B. niedrigerert an eine Zelle angelegt er Spannung und/oder Stromstärke, möglich wird. Erfinduagegeaäß wird Jedoch dem Alttfflj ninroheratellungaayatein und/oder den elektrolytisohen Zellen eine Energie zugeführt (oder wieder zugeführt) welche auf der Höhe der ursprünglioh sugefuhrten (Jeaamtenergie liegt ρ nachdem dem Elektrolyten ssueret Lithiummaterial einverlelbt ist· Dies wird durch Erhöhen der Stromstärke dee Systems (und der Zellen) bewerkstelligt _t um eine Geeamtenergie (auagedrüokt als Produkt von YoIt mal Ampere) au schaffen, welche im wesentlichen gleloh ist dem Wert der Energiezufuhr zum System (und zu den Zellen) beim Arbeiten ohne dem Elektrolyten zugesetzten lithiumhaltigen Materials. Auf diese Weise bleibt die Zufuhr an geaaster elektrischer Energie sun Aluminiumherstellungssystem b$w· zur elektrolyt tisohen Eeduktlonseelle auf im wesentlichen dem gleiohen Wert» jedoch wird die eraielbare Aluminiumproduktion bemer·» kenswsrt erhöht»

Sie Menge an lithiumhaltigea Material» welche dem Elektrolyten sugesetst wird« 1st -rorteilhafterweiss ein· Menge, welohe in dem Elektrolyten einen Lithiumgehalt schafft, welcher

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ORK31NAL

glöieh jenem 1st, der aioh aus dm Zusatz von Lithiuafluorld in einer Menge von etwa 2 bis 20 Gew.-?C des Elektrolyten ergibt· Bas Idthiumoaterial kann die Form verschiedener Verbindungen annehmen, welche alt den anderen Elektrolytbeatandteilen verträglioh sind und keine übermäßigen Mengen an Verunreinigungen in die Zellen einführen. Beispielsweise kann »an Ton Mthlumfluorld_r "MtM »ffimlnrntiiii vtipfluorlfl (Mthiumkryollth^ Idthiuakarbonat, Lithiuahydroxyd oder Lithiumaluminat Qehrauoh oaehen» Um den erf orderliohen Llthiungehalt in den Elektrolyten su schaffen, können solche Verbindungen eineein oder in Kombination verwendet «erden· Obwohl veraohiedane lithiuohaltige Verbindungon für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind die gegenwärtig bevoreugten Materialien Lithitnaoarbonat, Mthiumfluorid, Lithiunkryolith und

iueätfiliche Vergrößerungen der Produktionekapaeitöt der elektrolytieohen Eeduktioneaellen können fernerhin ereielt «erden» indem man feuerfestes, stromleltendes Hartajetallmaterial im Kathodeneyetem der elektronischen Zelle verwendete Zu bekannten feuerfesten Hartmetallmaterialien eählen niohtraetallieohe Verbindungen wie Carbide 12nd Boride von Metal» len «le Titan, Zirkon, Tantal, Niob und deren Mischungen* Ss wurde gefunden, daß diese Materialien einen niedrigen elektrieohen Widerstand, niedrige Löslichkeit in gesonaoj sene»

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BAD ORIGINAL

Alumimium und geschmolzenem Elektrolyten unter den Arbeiteden, bedingungen der Zelle aufweisen und unter/Arbeitsbedingungen in dor Zelle durch geschmolzenes Aluminium benotebar sind} außerdem besitzen sie unter Bedingungen, welche en der Kathode der Zelle herrschen, eine» gute Stabilität · Me Torliegende Erfindung kann sowohl in elektrolytieohen Zellen ₈ welche diese Materialien benutaen, als auch In herklfcaaliohen elektrolytisohen Zellen vorteilhaft praktisch angewendet werden«

Ea ist ersichtlich, daß verschiedene Änderungen und Abwandlungen rorgenommen werden können, ohne vom Geist der Erfindung abzulaichen«

-Patentansprüche-

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BAD ORIGINAL

Claims (8)

1. Patentansprüche
   1) Verbesserung des ärboitona eines Alurainiuriheretellunga- '

   eystcias, srelcli letzteres auo einer Anzahl elelctrolytiseher Seduktionszellen besteht, Kelche geschmolzene Salzelelitrolyte verwenden und welche' dafür geeignet etnd_t bei einer era ten, vorbeetiftei&en elektrischen Gesomtonorgiozufuhr rait einer bestimnbaren Alusiniuioproduktionsmengo zu arbeiten, vobei . durch öle Terbescerung die den Syistom zu^eführte cesaiate ele!:triachc Cnergiemengo die erwähnte erste vorbostitwte oes£xmte elektrische länorjliozufuhr nicht vwsontlich über-Dchreitety aber die Aluminiuraßesasitproduktion erhöht 1st, dadurch gekennseiehnet, daß man dea Blektr<'lyten lithium-»- ' haltiges llaterial einverleibt, um zu ermöglichen, daß die . "^ erwähnte bestiistibare H^eriS^Q ^©r Alurainiu^iprodiiktioid' bei einer Gesamtzufuhr elektrischer Energie erreicht wird, vrelcKe gerincer ist als die orvfjthate erote vorbestimte elektrische „ Geoaiatenerjiienifuhr, und dai aan danach die elektrische JjierGiezufuhr an da$ erwähnte Aluniniunheretellungssyfltein * bei im wesentlichen dem gleichen #«rt anlegt wio di« orwähnte erste gesamte elektrio,che Knerciesüfuhr.
2. 2) Verbesaerung äes Arlieitono einer eloktrolytischen neduktionszolle für die Hcretellung von Aluminium« wobei die Zelle gesch&tolsehe Salzalektrolyte verwendet ν&& dafür

   io$ii 17 OSiYi

   8AD ORiGlNAL

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   geeignet ist, bei einer ersten, vorbestimmten elektrischen Ge 3c.nt energiezufuhr nit einor bostimbaren Aluminiunprodtifctionsmenge au arbeiten, wobei durch die Verbesserung- die der Zelle zugeführte gesamte elektrische Energiemenge die erwähnte erste vorbestimntc gesamte elektrische Energie- . sufuhr nicht wesentlich überschreitet, aber die Aluiainiuiagesamtproduktion erhöht ist, dadurch gekennzeichnet, daß. man dem Elektrolyten lithiuahaltiges Haterial einverleibt» um zu onnöglichen, daß die bestimmbare Hange der Aluminium«· produktion bei einer Gesaratzufuhr elektrischer Energie erreicht wird, welche geringer ist ale die erste vorbestinnte elektrische Gesamtenergiezufuhr.und daß man danach die elektrische Energiezufuhr an die erwähnte Zeile bei im wesentlichen den gleichen Wert anlegt wie die erste gesamte elektrische Energiezufuhr.
3. 3) Verbesserung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Eloktrolyten lithiumhalttge·Eatorial in einer Kenge einverleibt, ura in den Elektrolyten einen LithiuB-gehalt zu schaffen, welcher gleich jenem ist,- der eiofc aus einem Zusatz von Lithiunfluorid in einer Klenge von etwa 2 bis 20 Gew,~# des Elektrolyten ergibt,
4. 4) Verbesserung des Arbeitens eines Aluftiniumherstellung··

   systems» welch leteteres aus einer Aneahl

   bootöht, welohQ geschmolzone

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   Iyte verwenden und räLche dafür geeignet sind» bei einer vorbestimmten elelrtrieöhen ßcßantenersiezufuhr mit einer ·.

   beotiiarabaren Aluminiunproduktionajaenge zu arbeiten, wobei durch die Verbesserung die. dem System zugeführte gesamte elektrische Energiemenge im wesentlichen nicht tiberschritten wird, aber die AXusiniumgeßazatproduktio» erhöht ist, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Elektrolyten lithiumhaltigee ITaterial einverleibt, eo daß eine . größere Aluminiuinaenge eareougt wird als die bestisiribare AluroiniuKtaengc, wenn das Alurainiumherstelltingssye^ea ig wesentlichen bei der vorbestimmten Gesamtssufuhr pn elektrieol:er Energie arbeitet· .
5. 5) yerbeseerung des Arbeltens einer elektrolytisohen HeduktionBzolle für die Herstellung von Aluminium, wobei die Zelle geschmolzenen Salzelektrolyt verwendet und doitti*

   geeignet ist, bei einer yorboetirnnten elektrischen Goaeat- : energiezufuhr mit einer bestiieabar&n Alumini\upprodulctionenenge zu arbeiten, nobei durch die Terbeeeerung die der Zelle zu^eführte gesamte elektrisohe Energiemenge 1ä «·«- sentllohen nicht Überso&ritten wird, aber die Aluniniufflgesantproduktion erhöht ist, dadurch gekönnseiohnet» daß man den lilelctrolirten lithiui^ialtiges ISaterial einverleibt, eo daß eine größere Alurr.iniuEunonge erzeugt wird als die bestiirjabare Aluminiuimnenge, wenn die Zoll© in weeeatXiohea

   ■ψ *

   bei der vorboeticinten Geeaotzufuhr on elektrieoher ,; ■',

   ' " ¹² " ' U58526

   Energie arbeitet·
6. 6) Verbesserung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet« daß nrn e.en Elektrolyten lithiumhaltiges Material in einer Ilcnf.e einverleibt, un in dom Elektrolyten einen Lithiuagel-.nlt im schaffen, welcher gleich jenen lot, der eich tu» o.'.nen Zusatz von LitfclJMtfluorid in einer Honge von etna

   'L bia 20 Gew.->5 des Elektrolyten ergibt«
7. 7)* Verbesserung des Arbeiten© einer elektrölytisohen Htduktionszello für die Herstellung von Aluainiun, wobei'die Zelle einen* geschmolzenen Salcelektrolyten* und eunindest ein 'kathodischon Strom leitdendee Elenont verwendet» bei welchem mindestens dessen Ärbeltsoberiläohe ia woseatllohen aus zumindest einem der Stoffe aus der Gruppe 4er Bori4# und Carbide dos Titono, Zirkons, Tantal· und ffiob· besteht, und wobei die erwähnte elektrolytloche Reduktionectlie.dafür geeignet ist, bei einer vorboetinmton elektrischen energiezufuhr mit einer beetinr.baren nonge zu arbeitte, wobei durch die Verbesserung die des erwähnten System zugeft&rte geeamte elektrieobe liaerc^»^ menge nicht Überschritten wird, aber die Aluniniungeeaiitproduktion erhöht ist, dadurch gekennzeichnet, daß ata den Elektrolyten lithiunhaltiges Haterial einverleibt, eo 6,wA eine größere Aluminiumsienge erzeugt wird als die beetif*« bare Aluminiumaengo, wenn das Alu

   im wesentlichen bei der vorbastiejnten Qesamteufuhr as elektrischer Bnergio arbeitet»
8. 8) Verbetoeruns des Arböttone sine» Aluminiuoherotellun^esyistorae» welch letztere» aus einst Anzahl elektrolytisch«? Redulitionezelltn bosteht, welche ffeechmolzene Salielektro-Iyte und kathodioehe, dim St^om Iöit*n4· Kleeeate rtrrronden, bei welchen nindoetene doron Arbeiteeberfläche-int v/oeontlichen due zumindest cineni der Stoffe aus der Gruppe der Boride und Carbide des QJitaue, Zlrkone, Tantale und Niob» besteht_t und wobei das errriihnt· Aluainiumherstolluncseystem dafür geeignet ist* bei einer ersten vorbestimmten elektrischen Ge aaiit energie zufuhr mit einer bestimmbaren Aluiainiumproduktionamenge zu arbeiten» wobei duroh die Verbotα«rung die dem erwähnten 3yateü außeführtt geeooto'elaktriache Energiemenge die erst« Yorbeetinaite getarnt· elektriache EnerciQRufuhr nicht weewatlieh Ubtrsohreitet, aber di· AluminiiweesaBitproduktion erhöht ist* dadurch gekennzeichnet, daß nan den Elektrolyten lithiuiöiflltigea Material einverleibt, um zu -ermöglichen» daß die b«siintb*re Uenge der Aluminiuiiproduktion bei ainer Qctaetiufuhr elaktrlaoher erreicht v/ird, #olch· geringer ist als die trete

   Torbeatinnnte eltktriachaf &etGattiie*Gie»tiftth

   danach die elektrieohe Intrgiezttfuhr an dts

   Aluiaini nähere te llungaayttom boi 1« weatntliohen dta fltl-

   ohtn Wert anlegt wit dit trete fitaatt tltktriaeht i?nt*eia- «ufuhr.

   ORIGINAL