DE1483343B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Elektrolysezelle zur Gewinnung von Aluminium - Google Patents

Description

daß unabhängig von dem A-C-Abstand eine optimale Aluminiumoxydkonzentration oder ein enger Bereich von Konzentrationen für jeden Reduktionstiegel vorhanden ist, bei dem sich der niedrigste Zellenwiderstand ergibt, der in bezug auf die Aluminiumkonzentration des Bades erreichbar ist. Die vorstehenden Betrachtungen führen weiter zu dem Schluß, daß erkannte Änderungen in dem Zellenwiderstand während der Reduktion zur Bestimmung entsprechender Änderungen in der Aluminiumoxydkonzentration verwendet werden können, wodurch sich eine Methode zur Kontrolle des Zuführprogramms ergibt, um jedes gewünschte diesbezügliche Verhalten der Zelle zu erzielen. ,....·

Der absolute Wert des Zellenwiderstandes ist nicht eine brauchbare Kontrollgröße, _#da sich der Badwiderstand durch sporadische Änderung in dem A-C-Abstand um einen unbekannten Betrag ändert. Weitere Beobachtungen des Zellenzustandes haben aufgezeigt, daß der A-C-Abstand bei üblichen Zellen während "einer beträchtlichen Zeitperiode zwischen "\ aufeinanderfolgenden Abstichoperationen zum Ab- -^- nehmen des angesammelten Aluminiums sich nicht wesentlich ändert, und zwar.vorwiegend deshalb, weil die Abnahme im A-C-Abstand infolge anwachsenden Volumens des geschmolzenen Aluminiums in der Zelle in großem Maße durch den fortschreitenden Verbrauch der Kohle-Anodenstoffe aufgehoben wird, der den A-C-Abstand vergrößert; auf jeden Fall kann, wenn eine derartige Abweichung vom Gleichgewicht besteht, diese durch wahlweise Einstellung des tatsächlichen Anoden-Kathoden-Abstandes kompensiert werden. Es hat sich somit gezeigt, daß ein verbesserter Zellenzustand durch Betrieb bei einem praktisch konstanten (oder auf andere Weise definierten) A-C-Abstand erreicht werden kann, wobei als Basis ein ausgewähltes Kriterium, beispielsweise maximale Produktion in Kilowattstunden durch Kilogramm gewonnen wird, während der Zellenwiderstand (oder die Zellenspannung, wo der Strom konstant ist) durch ein Zuführprogramm gesteuert wird, bei dem Zugaben von Aluminiumoxyd bei bestimmten Änderungen der x Funktion der Aluminiumkonzentration, beispielsweise }i des Zellenwiderstandes gemacht werden. Es hat sich weiterhin gezeigt, daß der A-C-Abstand noch genauer kontrolliert werden kann, wenn er periodisch bei praktisch derselben Badaluminiumoxydkonzentration eingestellt wird. Dies gestattet eine genauere Analysis der Wirkungen des A-C-Abstandes auf den Betrieb der Zelle als es bisher möglich war, wo die Einstellungen praktisch ohne Rücksicht auf Änderungen im Zellenwiderstand infolge sich ändernder Aluminiumoxyd-Konzentration vorgenommen wurden.

Wie dies in der Praxis vor sich gehen kann, zeigt beispielsweise folgendes: Die Elektrolyse ist mit einer Aluminiumoxyd-Zuführvorrichtung mit zwei Fördergeschwindigkeiten ausgestattet, wobei die eine kleiner und die andere größer als die Abnahmegeschwindigkeit des Badaluminiumoxydinhalts bei der Aluminiumproduktion ist. Nach dem Start erfolgt der Betrieb der Zelle so, daß die Zuführvorrichtung auf eine dieser Geschwindigkeiten, beispielsweise die niedrigere Geschwindigkeit, eingestellt wird, wobei der A-C-Abstand eine bestimmte Einstellung besitzt. Bei einer Anzeige des wachsenden Zellenwiderstandes wird die Zuführvorrichtung auf die höhere Geschwindigkeit geschaltet und in dieser Einstellung gehalten, bis die Neigung des anwachsenden Zellenwiderstandes verlangsamt, aufgehoben oder umgekehrt ist. Bei Anzeige eines nun wachsenden Zellenwiderstandes, der angibt, daß die Aluminiumoxydkonzentration einen Wert auf der anderen Seite des Minimalpunktes der Zellenwiderstandskurve erreicht hat, wird die Zuführvorrichtung auf die niedrigere Einstellung zurückgeschaltet. Weitere Einstellungen der Zuführvorrichtung erfolgen in ähnlicher Weise. Abhängig von dem gewählten Änderungsbereich des Erzinhaltes für

ίο Steuerzwecke kann der Zellenwiderstand hiermit praktisch konstant auf oder nahe dem niedrigsten Widerstand, ausgedrückt in der Aluminiumoxydkonzentration, gehalten werden.
Abwandlungen dieses generellen Verfahrens können dazu verwendet werden, den Zellenwiderstand innerhalb anderer vorgeschriebener Grenzen zu halten. So kann es beispielsweise im Falle der Soderberg-Zellen die Schwierigkeit in der Verteilung des Aluminiumoxyds innerhalb des Bades notwendig machen, daß die Zelle vollständig auf der Seite geringerer Aluminiumoxyd-Konzentratian bei einem. Zellenwiderstand betrieben wird, der etwas"größer als der Minimalwert ist. . Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen beschrieben.

Es zeigt .

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Aluminiumoxyd-Elektrolysezelle,

F i g. 2 schematisch eine Elektrolysezelle mit zugeordneten Abfühl- und Steuermitteln, die bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden können,

F i g. 3 typische Änderungen der Bad-Aluminiumoxyd-Konzentration und des Widerstandes einer AIu-

. miniumoxyd-Elektrolysezelle aufgetragen über der Zeit und

F i g. 4 die Änderung des Gesamtzellen-Widerstandes in bezug auf den Bad-Aluminiumoxydinhalt bei verschiedenen A-C-Abständen und die verschiedenen Komponenten der Zellenspannung einer Aluminiumoxyd-Elektrolysezelle, die bei einem konstanten A-C-Abstand und konstantem Zellenstrom betrieben wird.

Die Aluminiumoxyd-Elektrolysezelle des Ausführungsbeispiels ist schematisch in F i g. 1 gezeigt und besitzt einen Stahlmantel 11, der mit einer Isolierschicht 12 ausgefüttert ist, und eine kohlenartige leitende Ausfütterung 13. Eisenstäbe 18 sind in der Ausfütterung eingebettet und mit einem Kathodenleiter 19 verbunden. Die Ausfütterung 13 enthält geschmolzenes Aluminium 14 und ein Bad 15 aus im geschmolzenen Elektrolyten gelösten Aluminiumoxyd. Andere Formen der Ausfütterungen und Kathoden-Konstruktionen können verwendet werden, die das geschmolzene Aluminium 14 und das Bad 15 enthalten und ein kathodisches Potential an das geschmolzene Aluminium 14 legen, beispielsweise eine nichtleitende Ausfütterung und ein leitendes Kathodenelement, z. B. Titan-Diborid, das sich bis zum Kontakt mit dem geschmolzenen Aluminium erstreckt. .

Über dem Elektrolyten und teilweise in diesem eingetaucht, ist eine Kohle-Anode aufgehängt, die aus einzeln einstellbaren vorgebrannten Kohleblöcken 16, für eine übliche Vielanodenzelle gebildet wird oder aus einer großen Kohlemasse besteht, die nur als Ganzes einstellbar ist, wie dies für die übliche Soderberg-Zelle zutrifft. Der geschmolzene Elektrolyt 15 ist von einer Kruste 17 überdeckt, die aus erstarrten Elektrolytbestandteilen und zusätzlichem Aluminium-

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oxyd besteht. Da Aluminiumoxyd in dem Elektrolyten der der Gleichspannung zwischen der Kathodenschiene

15 verbraucht wird, kann mehr Aluminiumoxyd durch 19' und der Anodenschiene 20 überlagerten· Wechsel-Äufbrechen eines Teiles der Kruste 17 oder durch Ver- Spannungskomponente auf, verstärkt und integriert Wendung eines mechanischen Aluminiumoxyd-Zü- diesen Teil und gibt zur Anzeige auf einem Meßgerät 34 führers 24 dem Elektrolyten zugeführt werden. 5 und zur Ablesung durch den Rechner 40 über den Ab-

Ein Aluminiumoxydvorrat für den Zuführer 24 oder taster 39 ein Signal ab, das proportional zu der Ampli-

zur Auf füllung der Kruste wird in einem Fülltrichter 23 tude der genannten Wechselspannungskomponente

bereitgehalten. Die Anode 16 wird von einem Anoden- ist. Die Wechselstromkomponente kann zur· Anzeige

stab 21 abgestützt, der entfernbar an einer Brücken- von Fehlzuständen in der Zelle verwendet werden, die

schiene 22 angeklemmt ist, die wiederum an eine io durch falsche Einstellung der Anodenblöcke in bezug

Anodenschiene 20 elektrisch angeschlossen ist. Die zueinander oder durch noch zu erwähnende Schiamm-

Anodenschiene20 und die Kathodenschiene 19 sind ansammlungen verursacht werden,

an entsprechende Pole einer geeigneten Quelle des Ein Widerstandsfunktionsgenerator 36 gibt ein Sr-

Elektrolysestromes geschaltet. gnal ab, das proportional zum Zellenwiderstand ist,

Infolge der angelegten Spannung wird der Elektro- 15 der auf einem Aufzeichnungsgerät 37 oder einem lysestrom durch die genannten elektrischen Verbindun- Anzeigegerät 38 aufgezeichnet bzw. angezeigt wird gen und durch die geschmolzene Elektrolytenschicht 15 und vom Rechner 40 über den Abtaster 39· abgelesen zwischen der Anode 16 und der geschmolzenen Alu- werden kann. Der Widerstandsfunktionsgenerator 36 miniummasse 14 geleitet, so daß das in der geschmolze- kann aus einer Hallgeneratorplatte bestehen, der ein nen Elektrolytenschicht gelöste Aluminiumoxydelektro- 20 Eingangsgleichstrom zugeführt wird, der proportional lyrisch in seihe Bestandteile zerlegt wird, wobei sieh zu- dem Reziprokssert jies Zellen-Stromes I ist. Die das metallische Aluminium in der geschmolzenen Alu<- Platte ist'zwischen den Polen und innerhalb des Luftminiumschicht 14 ansammelt, und der Sauerstoff durch Spaltes eines Elektromagneten angeordnet, der durch Verbindung mit dem Kohlenstoff der Anode 16 frei- einen Strom erregt wird, der proportional· zu der gesetzt wird, und aus der Zelle als Kohlenmonoxyd- 25 Differenz zwischen a) der zwischen der Kathodenoder Kohlendioxydgas durch Löcher in der Kruste-17 schiene 19 und der Anodenschiene20 anliegenden entweicht. Das angesammelte Aluminium wird von Zeit Spannung E_p und b) einer vorbestimmten konstanten zu Zeit gewöhnlich in regelmäßigen Abständen von Spannung k ist, so daß die Ausgangs-Hall-Spannung 1 bis 2 Tagen aus dem Becken 14 abgestochen. proportional zu dem Produkt aus E-k und l/I, ist. Anodenkohle wird durch periodisches Versetzen der 30 Andererseits kann der Zellenwiderstand auch aus d'em Blöcke 16 in Vielanodenzellen oder durch Zugeben Rechner angebotenen Daten berechnet werden, so daß frischer Kohlenpaste auf die Oberseite der selbst- der Widerstandsfunktionsgenerator 36 wegfallen kann, brennenden Soderberg-Anoden nachgefüllt. Da die vorgenannte überlagerte Wechselstromkompo-

Die an der Anode erzeugte Kohlenmonoxydmenge nente der Zellenspannung kleine Schwankungen am zeigt den Grad der schlechten Zellenwirkung an; es 35 Ausgang des Generators 36 hervorrufen kann, sind werden größere Mengen während Zeiten der Zellen- das Aufzeichnungsgerät 37 und das Anzeigegerät 38 fehlfunktion durch folgendes erzeugt: Schlechte Ein- vorzugsweise mit geeigneten Dämpfungsmitteln verstellung der Anoden-Kohlenblöcke 16, Schiamman- sehen, und das vom Rechner 40 abgefühlte Signal wird Sammlungen, die teilweise die Kontaktflächen zwischen vorzugsweise vor der- Abfühlung für ein oder- mehrere dem Becken 14 mit geschmolzenem Aluminium und der 40 Sekunden integriert.

Zellenausfütterung 13 bedecken, übermäßig hohe Tem- Der Abtaster 39 legt an den Rechner 40 abhängig

peraturen des geschmolzenen Stoffes in der Zelle und von einem Programm die Ausgangssignale von jeder

durch andere Faktoren, die dann zur Wirkung korn- der Vielzahl von Zellen, die zu· steuern sind, und zwar

men, wenn die Zelle nicht unter optimalen Bedingun- nacheinander oder auf Befehl des Rechnerprogramms

gen betrieben wird. 45 oder nach Wunsch der Überwachomgsperson. Der

Ein Ausführungsbeispiel· für Abfühl- und Steuer- Rechner40istmitgeeignetenEingangsvorrichtungen41

mittel,, die zur Durchführung der vorliegenden Erfin- zur Aufnahme von zusätzlichen Daten versehen,

dung verwendet werden können, ist schematisch in Es wird nun auf F i g. 3 Bezug genommen, in der die

F i g. 2 gezeigt. Der Zelle 30 ist wie in F i g; 1 die Kurve A den Widerstand einer für eine Zeitspanne bei

Kathodenschiene 19, die Anodenschiene 20, die Anode 50 praktisch konstantem A-C-Abstand arbeitenden AIu-

16 und der Zuführer 24 zugeordnet. Die Anode 16-ist miniumoxyd-Elektrolysezelle darstellt und Kurve B mit Anoden-Einstellmitteln 35 versehen, die aus einer eine geglättete Darstellung des Aluminiumoxydbadmanuell betätigten Kette oder einem Motor bestehen inhalts ist, wie er durch chemische Analyse von zu bekönnen, mittels dem die Überwachungsperson die Auf- stimmten Zeiten aus der¹ Zelle abgenommenen Proben und Abbewegungen der Anode 16 bewerkstelligt und 55 des· Elektrolyten bestimmt wurde. Die Kurvet die beim Ausführungsbeispiel auch auf ein Signal an- (Zellenwiderstand) stellt die Summe der Kurven C, D sprechen, das über einen Abtaster 39- von einem und E dar, die- die Widerstandskomponenten i?Bad-, Rechner 40· kommt. Der Zuführer 24 wird durch eine i?extem und ^überspannung angeben. Bei dem durch ZuführgeschwindigkeitssteuerungSl betätigt, durch diese Kurven dargestellten Betrieb- wurde der Zelle die die Zuführung von Alüminiumoxyd zur Zelle 30 60 Aluminiumoxyd unter Aufbrechen eines Teiles der über eine von mindestens drei Einstellungen, nämlich Kruste 17 in üblicher Weise zugeführt, und die Elektroab, hoch und niedrig gesteuert wird, die durch die Be- lyse wurde ohne weitere mechanische Zuführung f orttäti'gung eines Dreistellungsschalters 32' bestimmt gesetzt, bis der Aluminiumoxydgehaft zu einem Grad werden. erschöpft war, daß ein »Anoden-Effekt« auftrat. Die

Ein Verstärker-33 für die Wechselstromkomponente 65 Spitze B kurz bevor der Zeit T₁ zeigt an, daß die Zusteht in elektrischer Verbindung· mit der Kathoden- führung auf übliche Weise- anfänglich einen überschiene 19 und der Anodenschiene- 20 und nimmt schüssigen Aluminiumoxydgehaft in· dem geschmoleinenTeil(imFrequenzbereichvonetwal^:bis20Hertz)i zenerr Elektrolyten 15 zur Folge hatte, und ferner; daß

der überschüssige Teil davon rascher abgebaut wurde, als es nachfolgend geschah. Diese schnelle Abnahme des Aluminiumoxyds wird offenbar durch den Niederschlag des Aluminiumoxyds als Schlamm auf den elektrischen Kontaktflächen zwischen der Zellenausfütterung 13 und der geschmolzenen Aluminiummasse 14 verursacht, was wiederum eine Überhitzung zur Folge hat und den Zellenwirkungsgrad verringert. Nach der Zeit !T₁ nahm der Zellenwiderstand langsamer auf den Minimal wert R_cz zur Zeit T₂ entsprechend einem Aluminiumoxydgehalt 54 ab, wonach der Widerstand mit der weiteren Abnahme des Aluminiumoxydgehalts rasch anstieg bis zur Zeit T₃ (entsprechend der Aluminiumoxydkonzentration 50) der Anodeneffekt beobachtet wurde.

In F i g. 4 veranschaulicht die Kurvenschar F₁, F₂, F₃ und F₁ die Änderung des Gesamtzellenwiderstandes R_c relativ zu der Bad-Aluminiumoxyd-Konzentration für verschiedene konstante Werte des A-C-Abstandes über einen Bereich zwischen maximalem Äluminiumoxydgehalt 5I₁, der unter normalen Zellenbetriebsbedingungen in dem Bad lösbar ist, und der Konzentration 56, bei der der" Anodeneffekt auftritt. Wenn der Zellenstrom auch im wesentlichen konstant gehalten wird, dann besitzt die Änderung der Zellenspannung eine Form, die ähnlich der für den in F i g. 4 oben angegebenen Zellenwiderstand ist; die Kurven G, H und J im unteren Teil der F i g. 4 stellen die Komponenten dieser Spannung dar. Während die vorliegende Beschreibung sich mit der Widerstandssteuerung befaßt, wodurch ein Konstanthalten des Stromes unnötig ist, ist erkenntlich, daß unter der Bedingung des konstanten Stromes zur Ausführung der vorliegenden Erfindung auch eine Spannungssteuerung verwendet werden kann.

Aus der Kurve F₁ der F i g. 4 ist zu entnehmen, daß der entsprechende Zellenwiderstand von einem Äluminiumoxydgehalt 51 an über die Punkte 55, 55" und 55' auf einen Minimalwert bei 54 abfällt. Ohne Zuführung verläuft der Zellenwiderstand durch diesen Minimalwert und wächst dann über höhere Werte bei 53' und 53 bis er den Punkt 56 erreicht, bei dem der Widerstand rasch anwächst und die Zelle in den Anodeneffekt übergeht. Es hat sich weiterhin gezeigt, daß eine überraschende Eigenschaft der Kurvenschar F₁, F₂, F₃ und F_t darin besteht, daß alle Kurven ungefähr bei dem gleichen Aluminiumoxydkonzentrationspunkt 54 durch ihre entsprechenden Minimalwerte laufen (wo die Änderungsgeschwindigkeit von Rc Null ist), wodurch angezeigt wird, daß eine optimale Badaluminiumoxydkonzentration für eine bestimmte gegebene Reduktionszelle über einen weiten Bereich des A-C-Abstandes vorhanden ist. Dies bedeutet, daß, wenn einmal die vorstehend beschriebenen Kennlinien bestimmt wurden, durch Beobachten und Ausnutzen der Zellenwiderstandscharakteristik die Zelle ständig mit oder nahe der optimalen Badaluminiumoxydkonzentration betrieben werden kann, ohne daß die Badkonzentration durch direkte Analyse periodisch bestimmt wird.

Bestimmte Werte der Badaluminiumoxydkonzentration entsprechend den Punkten 51, 54 und 56 sind abhängig von verschiedenen Aufbau- und Betriebsparametern und die verschiedenen Aluminiumoxydkonzentrationen entsprechenden Zellenwiderstandswerte sind ebenfalls von diesen Parametern und insbesondere von dem A-C-Abstand der Zelle abhängig. Wurde jedoch für eine bestimmte Zelle der gewünschte A-C-Abstand bestimmt und die Zellenanode und -Kathode darauf eingestellt, dann ist es nicht mehr erforderlich, diese anderen Parameter bei normalen Steuer- und Überwachungsoperationen zu berücksichtigen. Somit ergibt sich eine vorbestimmte optimale Badaluminiumkonzentration durch Bezugnahme auf die Kurve A und eine Zuführung zu der Zelle hierauf beruht auf der Beobachtung der Veränderungen des Zellenwiderstandes, wie er auf dem Anzeigegerät 38

ίο oder vorzugsweise durch das Aufzeichnungsgerät 37 dargestellt wird. ;

Es sei nochmals die Kurve F₁ der F i g. 4 betrachtet. Wird Aluminiumoxyd durch die Elektrolyse verbraucht, so zeigt sich, daß bei einem Aluminiumoxydgehalt 53 der Zellenwiderstand ansteigt und die Überwachungsperson wird der Zelle beispielsweise durch Zerbrechen eines Teiles der Kruste 17 so viel Aluminiumoxyd zuführen, als nach seiner Schätzung erforderlich ist, um den Erzgehalt der Zelle auf einen Wert 55 nicht größer als der Wert 51 zu bringen, über dem ein Verschlammen auftritt. Bei jeder Zuführung kann er seine Beurteilung der Menge der zu brechenden Kruste dadurch verbessern, daß er die Veränderung des Widerstandes mit der Zeit überwacht und insbesondere das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Widerstandshöckers 47^4, wie er für Kurve A in F i g. 3 veranschaulicht ist, beachtet. Beim Fortschreiten der Elektrolyse verringert sich die Erzkonzentration wiederum auf den Wert 53; hierbei wird die Überwachungsperson wiederum ein Ansteigen des Zellenwiderstandes feststellen und die Zelle beschicken, so daß praktisch die Badaluminiumoxydkonzentration zwischen den Grenzen 53 und 55 gehalten wird; die Grenzen können für Steuer- oder Überwachungszwecke sowohl als Differenzen im absoluten Wert des Zellenwiderstandes als auch als Änderungen in der Größe oder dem Vorzeichen der Steigung der Widerstandskurve innerhalb des gewählten Steuerbereiches abgefühlt werden.

Falls die Zelle mit einem Zuführer 24 und einer Beschickungsgeschwindigkeitssteuerung 31 versehen ist, wird das Rechnersystem beim Abfühlen des ansteigenden Zellenwiderstandes beim Aluminiumoxydgehalt 53 den Dreistellungsschalter 32 aus der Niedrigstellung, die zuvor so geeicht war, daß der Zelle Aluminiumoxyd mit einer Geschwindigkeit zugeführt wird, die niedriger als die Aufbrauchgeschwindigkeit ist, in die Hochstellung bringen, die zuvor so geeicht wurde, daß der Zelle Aluminiumoxyd mit einer Geschwindigkeit zugeführt wird, die höher als die Aufbrauchgeschwindigkeit ist. Da die Badaluminiumoxydkonzentration nun infolge der höheren Beschickungsgeschwindigkeit ansteigt, fällt anfangs der Zellenwiderstand, bleibt daraufhin scheinbar konstant und schließlich kann ein Ansteigen beim Aluminiumoxydgehalt 55" beobachtet werden. Bei der Anzeige des steigenden Zellenwiderstandes oder wenn angezeigt wird, daß der. Zellenwiderstand für eine gewählte Zeitspanne annähernd konstant geblieben ist, wird der Schalter 32 von hoch auf niedrig geschaltet und der Zellenwiderstand reduziert, während die Aluminiumoxydkonzentration wiederum nach 53 hin abfällt. Somit wird durch periodisches Einstellen des Schalters 32 entsprechend den Änderungen des Zellenwiderstandes die Badaluminiumoxydkonzentration innerhalb der gewünschten Grenzen gehalten.

Die Einfügung eines Rechners 40 in das Steuersystem gestattet normalerweise die Erkennung von

Änderungen in der Widerstandszeitkurve genauer als es durch eine Uberwachungsperson möglich ist. Der Rechner 40 kann etwa dazu verwendet werden, eine Steuergrenze 53' mit einer höheren Konzentration als bei 53 abzutasten, so daß die Badkonzentration innerhalb engerer Bereiche 53' bis 55" oder 53' bis 55' gehalten werden kann. Wenn außerdem der Zuführer 24 über die Beschickungsgeschwindigkeitssteuerung 31 und den Schalter 32 vom Rechner 40 gesteuert wird, dann erfolgt eine beträchtliche Entlastung der Überwachungsperson in bezug auf deren Verantwortung bei der Steuerung des Aluminiumoxydgehalts der Zelle.

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Obwohl die ständige Abnahme der Kohlen von der Anode einen Potentialanstieg im A-C-Abstand und damit im Zellenwiderstand zur Folge hat, wurde gefunden, daß dieser Effekt langsam genug erfolgt, um die Möglichkeit der Steuerung des Zellenaluminiumoxydgehaltes in der vorstehenden Weise nicht zu beeinträchtigen. Geringfügige Änderungen im Widerstand, die als Folge davon auftreten, können dadurch berücksichtigt werden, daß nach dem Metallabstich ίο die Anoden nachgestellt werden und daß ein seltenes periodisches Nachstellen der Anode auf den gewünschten A-C-Abstand erfolgt, falls dies erforderlich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2 zwischen einem Zustand sehr niedriger Aluminium-Patentansprüche: oxydkonzentration, der zu dem »Anodeneffekt« führt und einem überladenen Zustand hoher Aluminium-

1. Verfahren zur Steuerung einer Elektrolysezelle oxydkonzentration, in dem die Gefahr der Verzur Gewinnung von Aluminium aus einem Alu- 5 schlammung besteht.

miniumoxyd enthaltenden geschmolzenen Salzbad, So zeigt das Buch von Beljajew, Metallurgie des

wobei bei praktisch konstantem Anoden-Kathoden- Aluminiums, 1956, Bd. 1, S. 128 bis 131, daß der

Abstand der von der Aluminiumkonzentration ab- Zellenwiderstand einer Elektrolysezelle bei geringer

hängige elektrische Widerstand der Zelle über- werdendem Aluminiumoxydgehalt immer rascher

wacht wird, dadurch gekennzeichnet, io wächst, bis der Anodeneffekt auftritt. Der Zellen-

daß bei ansteigender Tendenz des im wesentlichen widerstand nimmt dann jedoch wieder einen normalen

von der Aluminiumoxydkonzentration abhängigen Wert an, wenn weiteres Aluminiumoxyd zugeführt

Zellenwiderstandes infolge abnehmenden Alu- wird. Da der Normalbetrieb der Zelle durch den

miniumoxydgehalts Aluminiumoxyd nachchargiert Anodeneffekt erheblich gestört wird, wurden bereits

wird, und daß die Nachchargierung bereits dann 15 verschiedene Versuche gemacht, diesen zu vermeiden, unterbrochen oder gedrosselt wird, wenn der Gemäß der belgischen Patentschrift 637 574 wird

Zellenwiderstand infolge ansteigenden Aluminium- eine Pilotanode verwendet, um den Anodeneffekt be-

oxydgehalts eine fallende Tendenz annimmt oder reits vor seinem Auftreten anzuzeigen,
erst dann, wenn er nach Durchlauf eines Minimums Die USA.-Patentschrift 1 837 070 zeigt ein anderes

wieder ansteigt. ao Verfahren zur Steuerung derartiger Elektrolysezellen,

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- bei dem der Zellenwiderstand auf das Erreieheneines • zeichnet, daß die Zuführgeschwindigkeit des Alu- äußerst hohen Widerstandsab^olutwertes geprüft wird,

miniumoxyds zwischen einem Wert, der größer als wobei bei Auftreten dieses Wertes Aluminiumoxyd

die Verbrauchsgeschwindigkeit des Aluminium- nachchargiert wird.

oxyds ist, und einem Wert unterhalb der Ver- 25 Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verbrauchsgeschwindigkeit verändert wird, und daß fahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer von der einen Zuführgeschwindigkeit zur anderen Elektrolysezelle zur Gewinnung von Aluminium aus bei Feststellung eines Übergangs von der fallenden Aluminiumoxyd aufzuzeigen, mit denen die Elektro-Tendenz zu einer ansteigenden Tendenz des Zellen- lysezelle auf sehr einfache, leicht zu überwachende Widerstandes während der Zuführung gewechselt 30 Art in einem optimalen Betriebsbereich des Zellenwird. Widerstandes gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gezeichnet, daß eine notwendige Nachregulierung des kennzeichnet, daß bei ansteigender Tendenz des im Anoden-Kathoden-Abstandes dann begonnen wird, wesentlichen von der Aluminiumoxydkonzentration wenn der Zellenwiderstand praktisch seinem Mini- 35 abhängigen Zellenwiderstandes infolge abnehmenden mum entspricht. Aluminiumoxydgehaltes Aluminiumoxyd nächchar-

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- giert wird, und daß die Nachchargierung bereits dann rens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch unterbrochen oder gedrosselt wird, wenn der Zellengekennzeichnet, daß eine Überwachungsvorrich- widerstand infolge ansteigenden Aluminiumoxydgehaltung (36 bis 40) zur Feststellung von Änderungen 4" tes eine fallende Tendenz annimmt oder erst dann, im Zellenwiderstand vorgesehen ist, die mit einer wenn er nach Durchlauf eines Minimums wieder an-Zuführgeschwindigkeitssteuerung (31) verbunden steigt.

ist, die einen Zuführer (24) für Aluminiumoxyd Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verabhängig von festgestellten Änderungen im Zellen- fahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Überwiderstand steuert. 45 wachungsvorrichtung zur Feststellung von Änderungen im Zellenwiderstand vorgesehen ist, die mit einer

Zuführgeschwindigkeitssteuerung verbunden ist, die

einen Zuführer für Aluminiumoxyd abhängig von festgestellten Änderungen im Zellenwiderstand steuert.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor- 5° Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, richtung zur Steuerung einer Elektrolysezelle zur Ge- nicht Absolutwerte des Zellenwiderstandes zu überwinnung von Aluminium aus einem Aluminiumoxyd wachen, sondern den optimalen Zeitpunkt des Nachenthaltenden geschmolzenen Salzbad, wobei bei prak- chargierens am Trend der Änderung des Zellenwidertisch konstantem Anoden-Kathoden-Abstand der von Standes zu erkennen. Hierzu wurden die Einflüsse der der Aluminiumoxydkonzentration abhängige elek- 55 Aluminiumoxydkonzentration und des A-C-Abstandes trische Widerstand der Zelle überwacht wird. auf das Verhalten der Elektrolysezelle untersucht.

Der Betrieb einer derartigen Elektrolysezelle wird Es hat sich dabei gezeigt, daß bei einem konstanten einmal durch Zufuhr von Aluminiumoxyd in das Bad A-C-Abstand und sonst stabilen Arbeitsbedingungen und zum anderen durch periodisches Einstellen des die charakteristische Widerstandskurve (Zellenwider-Anoden-Kathoden-Abstandes (als A-C-Abstand be- 60 stand aufgetragen über der Aluminiumoxydkonzenzeichnet) gesteuert, wobei beide Steuerschritte eine tration) nach unten konvex ist, wodurch angezeigt wird, Änderung des Zellenwiderstandes bewirken. Durch daß ein oder mehrere Minimalwerte des Zellenwiderdiese doppelte Abhängigkeit und infolge der Tatsache, stands infolge der Aluminiumoxydkonzentration bedaß sich der Zellenwiderstand als auch der augenblick- stehen. Es hat sich ferner gezeigt, daß die Familie liehe A-C-Abstand und die Aluminiumoxydkonzen- 65 gleicher Zellenwiderstandskurven für verschiedene tration sich nur sehr schwierig messen lassen, verlief Werte des konstanten A-C-Abstandes einen Ort dieser der Betrieb der Elektrolysenzellen verhältnismäßig Punkte minimalen Widerstands aufweisen. Mit anderen unkontrolliert. Man betrieb die Elektrolysezellen Worten führen diese Untersuchungen zu dem Schluß,