DE2213226B2 - Elektrolysezelle zur Gewinnung von Leichtmetall - Google Patents

Description

nerhalb als auch außerhalb der Zelle; der größere Eisen eingebaut wird. Dies kann beispielsweise da-Teil des außerhalb erzeugten magnetischen Flusses durch geschehen, daß das Eisen die Wandung der geht aus von den Sammelsteigleitungen für die ZeI- Zarge verstärkt und/oder bei geschlossenem Elektrolen-Anoden und von Teilen der Anoden-Sammel- lyseofen der außerhalb der Anode befindliche Teil schienen, die die Zelle mit der nächsten angrenzen- S der Schmelze mit Eisen abgedeckt wird. Bei Durchden Zelle elektrisch verbinden. Die Quelle für den führung dieser Maßnahmen kann die Aufwölbung intern erzeugten magnetischen Fluß stellt der Ze¹- des Metallspiegels in der Elektrolysezelle vermieden len-Strom selbst dar, d. h. der Strom, der von der und dadurch die im Ofen erzeugte Wärme beeinflußt Anode zu der Kathode durch das Schmelzbad und werden Dieser Druckschrift können jedoch keinerlei die Amminium-Schicht und von den in der Zellen- »o Hinweise dahingehend entnommen werden, daß Auskleidung verlaufenden Kathoden-Sammelstäben durch gezielte Beeinflussung einer spezifischen Feldfließt, komponente eine Steuerung der Elektrolysezelle der-

Im allgemeinen können die Kräfte, die das Metall art erreicht werden kann, daß die Rührung des gebewegen, durch Verringern der Magnetfeld-Stärken schmolzenen Metalls unterbleibt,
in der Zelle, durch Verringern der Stromdichten in 15 Gemäß der Erfindung wird daher eine Elektrolyseder Zelle und den zugeordneten Leiter-Sammelschie- zelle der eingangs erwähnten Art zur Verfügimg genen und/oder durch Umformen bzw Verlagern des stellt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die zusätz-Verlaufs dieser Veränderlichen in Beziehung zu der liehen, sich vertikal erstreckenden magnetischen, unZelle und der geschmolzenen Aluminium-Schicht tereinander und von dem elektrischen System der eingeschränkt bzw. abgeschwächt werden. Beispiels- ao Elektrolysezelle getrennten Leiter (36, 37, 38, 39, 41, weist; hat bei einem bekannten Verfahren das Ab- 42, 44, 45) zur Beeinflussung der vertikalen Komposchwächen des nachteiligen Einflusses der Magnet- nente des magnetischen Feldes in oder an der Zellenfelder in den Zellen zu verschiedenen Umordnungen wnad zwischen der flüssigen Leichtmetallschicht und bzw. Verlagerungen der Kathoden- und Anoden-Lei- den äußeren Stromleitern (31, 32, 33, 34) angeordnet tungen und -Sammelschienen bezüglich der Zelle ge- 35 sind.

führt. Es hat sich hierbei aber ergeben, daß, obwohl Gemäß der Erfindung ist ein Aufbau geschaffen,

eine spezielle magnetische Feldkomponente in der mittels dem der Einfluß von Magnetfeldern in einer Zelle geschwächt wurde, andere magnetische Feld- Elektrolysezelle derart gesteuert und verringert werkomponenten nachteilig beeinflußt worden ynd, d. h., den kann, daß die Bewegung einer Schicht geschmoldie Stärke anderer Komponenten ist größer gewor- 30 zenen Aluminiummetalls in der Zelle angehalten den oder hat in einer Weise abgenommen, daß sich oder zumindest erheblich verringert ist. Dies ist erdie Geschwindigkeit des zirkulierenden Aluminiums reicht durch Beseitigung der zumindestens eine betatsächlich vergrößert. Auf Grund der elektromotori- trächtliche Verringerung der auf die Aluminiumschen Kräfte, die das geschmolzene Metall bewegen, schicht wirkenden, elektromotorischen Krcft, die führt dies dazu, daß das Metall sich in komplizierten 35 durch eine einzige, durch die Zelle und die geschmol-Zi-Kulationsmustern derart bewegt, daß bei der zene Aluminium-Schicht verlaufende, magnetische Schwächung oder Beseitigung nur einer magneti- Feldkomponente hervorgerufen wurd, ohne daß hierschen Feldkomponente die Schwierigkeiten, der Me- durch die kräfte auf die geschmolzene Schicht beeintallbewegung Herr zu werden, größer und nicht klei- flußt werden, die durch magnetische Feldkomponenner werden. 40 ten erzeugt sind, die in anderen Richtungen als der

Die meisten in der Aluminium herstellenden Indu- der einzelnen Komponente verlaufen. Gemäß der Erstrie verwendeten Zellen besitzen einen äußeren, ma- findung ist die vertikale Feldkomponente beseitigt gnetisch leitenden Stahlmantel, welcher normaler- oder ihre Stärke zumindest in einer Zelle beträchtlich weise dazu dient, das Innere der Zellen von dem verringert, ohne daß die Kräfte auf die geschmolzene außerhalb der Zelle erzeugten magnetischen Fluß ab- 45 Aluminiumschicht beeinflußt werden, die durch Mazuschirmeu. Der magnetisch leitende Stahlmantel gnetfeldkomponenten erzeugt sind, die in Längs- und umgibt die Zelle aber von allen Seiten, so daß mit Querrichtung der Zelle verlaufen. Wie im einzelnen der Zunahme des Zellenstroms, der in jüngster Zeit noch später erläutert wird, können die beiden zuletzt stattgefunden hat, sich auch eine Zunahme in der genannten Kräfte so gegeneinander versetzt sein, daß Stiirke der von dem Hauptstrom in den Zellenleitun- 50 die Bewegung des geschmolzenen Aluminiums ?ufgen und Sammelschienen erzeugten magnetischen hört.

Feldern ergibt, wodurch der Mantel magnetisch ge- Wie oben kurz erwähnt, stellen die den magneti-

sattigt worden ist. Aus diesem Grund wirkt dann der sehen Fluß leitenden Teile eine einfache und wirt-Mantel nicht langer als wirksame Abschirmung. Die schaftliche Einrichtung zur Abschirmung und Steue-Gesamtstärke des Zellmantels kann aber, um eine 55 rung des Magnetfeldes in einer Elektrolysezelle dar. wirksamere Abschirmung zu schaffen, nicht vergrö- Hierbei sind keine kostspieligen Verlagerungen oder ßert werden, da die sich hieraus ergebende Zunahme Neuanordnungen von Kathoden- und Anoden-Leiin der magnetischen Leitfähigkeit nicht den Grad der tungen erforderlich; auch braucht die Gesamt^ jke magnetischen Sättigung beeinflußt. des Zellenmantels nicht vergrößert zu werden. Ge-

Es ist jedoch in der deutschen Patent- 60 maß der Erfindung kann irgendein magnetisch leitenschrift 1143 032 bereits eine Elektrolysezelle zur des Metall zur Abschirmung verwendet werden, beiDurchführung von Schmelzflußelektrolysen, insbe- spielsweise lange Stücke von Abfalleisen und -stah sondere zur Herstellung von Aluminium, beschrieben oder alte, bereits verwendete Kathoden-Sammelstäbe, worden, durch die die Wirkung der von den Außen- Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugleitern herrührenden magnetischen Felder auf den 65 nähme auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert die Metallschmelze und den Elektrolyten enthalten- Es zeigt

den Raum weitgehend dadurch aufgehoben wird, daß F i g. 1 eine Draufsicht auf eine Elektrolyse-Zeil«

zwischen die Außenleiter und das Bad zusätzliches (sowie eine Teilansicht der angrenzenden Zellen) mi¹

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Einrichtungen zur Steuerung der Stärke der Magnet- den Mantel 16 auf den stromaufwärts und stromab-

feld-Komponenten in der Zelle gemäß der Erfindung wärts liegenden Seiten der Zelle, wie am besten aus

und F i g. 1 zu ersehen ist. Die Schienen sind mit Ring-

F i g. 2 eine Seitenansicht der in F i g. 1 dargestell- Sammelschienen-Leitern 31 und 32 verbunden, die

ten Zelle, teilweise im Schnitt, von der stromaufwärts 5 im Abstand von dem Mantel angeordnet sind und

liegenden Seite her betrachtet. sich zu den linken bzw. rechten Seiten der Zelle er-

In F i g. 1 ist eine Draufsicht auf eine Zelle oder strecken und mit Hauptkathoden-Schienen 33 bzw.

ein Gefäß 12 dargestellt, das insbesondere zur Her- 34 verbunden sind. Wie bereits oben vorgeschlagen,

stellung von geschmolzenem Aluminium aus einer wird im allgemeinen in der Praxis bei kommerziellen

Salzschmelze geeignet ist; die Zelle ist elektrisch mit io Anlagen eine große Anzalil von Zellen oder Gefäßen

den benachbarten Zellen 10 bzw. 14 (die nur teil- in Zeilen (in einzelnen oder durchgehenden Reihen)

weise dargestellt sind) an deren »stromaufwärts* und angeordnet; in diesem Fall sind die Zellen über die

»stromabwärts« liegenden Seite verbunden Die Be- Hauptkathoden-Schienen 33 und 34 einer Zelle, die

griffe »stromaufwärts« und »stromabwärts« beziehen den Strom leiten an die Anoden-Schienen 28 und 29

sich auf die Stromfluß-Richtung von einer Zelle zur 15 der nächstfolgenden Zelle in der Zeile elektrisch in

nächsten; die zur Herstellung von Aluminium ver- Reihe geschaltet.

wendeten Zellen sind im allgemeinen über Leiter, die In Abhängigkeit von der Dichte der Ströme und

die Kathode der einen Zelle mit den Anoden der der sich ergebenden Stärke der Magnetfelder in der

nächsten benachbarten Zelle verbinden, elektrisch in Zelle und in dem geschmolzenen Aluminium können

Reihe geschaltet. Insbesondere ist die stromaufwärts ao die elektromotorischen, auf das Aluminium einwir-

liegende Seite die Seite, an der die Anoden an die kenden Kräfte in den hier beschriebenen und in den

Kathoden der benachbarten Zelle angeschlossen F i g. 1 und 2 dargestellten Zellen ziemlich stark sein,

sind, während die stromabwärts liegende Seite die In der Schmelze dient eine Bewegung vorteilhafter-

Seite ist, an der die Kathodenschienen mit den An- weise dazu, sie umzurühren und Aluminium-Zusätze

öden der benachbarten Zelle verbunden sind. 35 in der Zelle über die Schmelze während des Betriebs

Die in der Zeichnung dargestellte Zelle 12 besitzt der Zelle zu verteilen. Bei den hohen Betriebsströ-

einen äußeren Stahlmantel 16, der vorzugsweise ma- men, die gegenwärtig in den beschriebenen Zellen

gnetisch leitend ist, eine innere elektrisch leitende verwendet sind, hat sich eine zu starke Bewegung des

Einlage 18 aus Kohlenstoff und eine dazwischen lie- Bades und insbesondere der geschmolzenen Metall-

gende isolierende Auskleidung 20 aus einem geeigne- 30 Schicht ergeben, was aus den oben angegebenen

ten Material, beispielsweise Chamotte- oder zerklei- Gründen zu einem unwirksamen bzw. unwirtschaftli-

nertes, zusammengedrücktes Isoliermaterial. Wie in chen Gefäßbetrieb führt.

Fig. 2 dargestellt, kann die Zelle auf in Abstand Beim Betrieb der in Fig 1 dargestellten Zellen-

zueinander angeordneten I-förmigen Trägern 22 ge- Anordnung wird über die Kathoden-Schienen 30 und

tragen werden; die Zelle ist oben mit einer Abdeck- 35 die Schienen 31 bis 34 ein Magnetfluß erzeugt, da sie

platte 24 aus Metall (Fig. 2) abgedeckt, die die obe- Strom aus der Zelle leiten. Dieser Magnetfluß be-

ren Ränder des Stahlgehäuses und der Kohlenstoff- steht sowohl auf der Zellen-Innenseite (auf Grund

Isoliereinlagen abdeckt. In Fig. 1 ist die Abdeck- der Teile der Kathoden-Schienen 30, die innerhalb

platte nicht dargestellt, so daß die oberen Kanten des des Mantels 16 angeordnet sind) als auch außerhalb

Gehäuses und der Einlagen bzw. Auskleidungen frei 40 der Zelle auf Grund der außerhalb angeordneten

daliegen. Schienen 31 bis 34 und auf Grund der Teile dir

Wie in F i g. 2 und in der Zelle 14 in F i g. 1 darge- außerhalb des Mantels angeordneten Kathoden-

stellt, werden Anoden-Konstruktionen 25 in der Schienen 30. Bei Stromstärken, die eine ausreichende

Zelle und in einem (nicht dargestellten) Elektrolyt magnetische Feldstärke erzeugen, um den Mantel 7\\

durch elektrisch leitende Stäbe 26 gehalten, die an 45 sättigen, reicht der Mantel nicht aus, um das Zellen-

darüber angeordnete» Anoden-Schienen 27 befestigt Innere von dem außerhalb der Zelle erzeugten Ma-

sind; in Fig. 1 ist von diesen Schienen nur eine dar- gnetfluß abzuschirmen, d.h. von dem Fluß, der iti

gestellt, die zwischen seitlich angeordneten Anoden- den Schienen 31 bis 34 und in den Teilen der außu

Schienen 28 und 29 verläuft. In Fig. 1 sind die An- halb der Zelle angeordneten Kathoden-Schienen 30

öden und Anoden-Schienen der Zelle 12 nicht darge- 50 erzeugt ist.

stellt, um die Figur und damit die Erläuterung des Der über die Kathoden-Schienen 30 und die Leiter

die Erfindung unmittelbi»r betreffenden Aufbaus zu 31 bis 34 erzeugte Magnetfluß besitzt eine Kompo-

vereinfachen. Bei kommerziellen Ausführungen wür- nente, die rechtwinklig zu dem Stromfluß und verti-

den die Zellen 10, 12 und 14 sowie andere Zellen kai durch die geschmolzene Metallschicht in der

oder Gefäße, die in der Zellen-Schaltung, d. h in 55 Zelle, beispielsweise in der Zelle 12, verläuft. Diese

einer »Gefäß-Zeile« miteinander verbunden sind, vertikale Feldkomponente ist besonders an den Hn-

dieselben oder ähnliche Anoden- (und Kathoden-) ken und rechten Zellen-Seiten infolge der Konzern ra-

Systeme aufweisen. tion der Stromleiter, die seitlich davon im Abstand

Der Gleichstrom wird an die Zellen über die An- angeordnet sind, und infolge des Amper jschen Ge-

oden 25 und die ihnen zugeordneten Schienen züge- 60 setzes in der Zelle sehr stark, d. h. in der Zelle mit

führt; der Stromfluß-Pfad durch die Zelle wird durch beispielsweise einem Strom führenden Leiter; die

ein Kathoden-System aus der geschmolzenen Alumi- Stärke des Magnetfelds ist in der Mitte der Zelle, wo

nium-Schicht, der leitenden Einlage 18 und horizon- das Feld seine Richtung umkehrt, sehr schwach (d. h.

tal angeordneten Sammelschienen 30 aus Eisen oder Null).

Stahl vervollständigt, die in die Einlage eingebettet 65 In der in Fig. 1 dargestellten Draufsicht auf die

und quer zu der Zelle verlaufen, wie in F i g. 1 durch Zelle 12 ist das vertikale FeM auf der stromaufwärts

gestrichelte Linien angezeigt ist. Die Sammelschienen liegenden linken Seite der Zelle in die Papierebenß

verlaufen nach außen durch die Einlage und durch gerichtet, wie durch ein eingekreistes X dargestellt

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ist, und kommt auf der stromaufwärts liegenden rechten Seite der Zelle aus der Papierebene, wie durch einen eingekreisten Punkt angegeben ist. Entsprechend ist die vertikale Feldkomponente auf der rechten, stromabwärts liegenden Seite der Zelle umgekehrt, d. h., sie ist in die Papierebene gerichtet. Auf der stromabwärts liegenden, linken Seite der Zeichnung kommt die vertikale Komponente aus der Paperiebene heraus Auf diese Weise ist die Zelle auf Grund des an ihr anliegenden Magnetfeldes und der daraus resultierenden Kraft, die das Feld auf das Metall ausübt, in vier Quadranten unterteilt.

Die vertikale Feldkomponente in der geschmolzenen Metallschicht ruft an dem Metall eine Kraft in einer Richtung senkrecht zu der Komponente und in Richtung des horizontalen Stromflusses in dem geschmolzenen Metall hervor, d. h., die Stromrichtung in dem Metall verläuft gewöhnlich außerhalb der Zellenmitte. Diese Kraft, die in der in F i g. 1 dargestellten Zelle 12 durch Pfeile angegeben ist, verläuft entlang der Seiten und Enden der Zelle; wegen der jeweils umgekehrten Richtungen der vertikalen Feldkomponente in den vier Quadranten der Zelle bewegen die auf das geschmolzene Metall einwirkenden Kräfte auf den stromaufwärts und stromabwärts liegenden Seiten der Zelle das Metall auf deren Mitte zu und an den linken und rechten Seiten der Zelle von deren Mitte weg, wie durch Pfeile angegeben ist.

Da, wie leicht zu verstehen ist, das geschmolzene Metall sich in den vorbeschriebenen Richtungen bewegt, neigt das Metall dazu, in vier Hauptschmelzen in dtr Zelle zu zirkulieren, obwohl infolge der quer und längs verlaufenden magnetischen Feldkomponenten in Verbindung mit der Vertikal-Komponente die Zirkulationsmuster ziemlich verwickelt und kompliziert sind. Nichtsdestoweniger sind, wenn die vertikale Feldkomponente in der Zelle im wesentlichen beseitigt oder wenn ihre Stärke zumindest beträchtlich vermindert werden kann, die durch die vertikale Feidkomponente erzeugten Zirkulationskräfte im wesentlichen beseitigt, daß die Wirkungen ucr Längsund Quer-Felder einander aufheben, wie später noch erläutert wird. Auf diese Weise würde die Bewegung des geschmolzenen Metalls angehalten oder auf einen unbedeutenden Wert herabgesetzt, wodurch die Abnützung der Einlage 18 wesentlich vermindert und eine genauere Einstellung der Anoden 25 im Verhältnis zu dem geschmolzenen Metall möglich wäre; hierdurch wird dann der elektrische Wirkungsgrad beim Betrieb der Zelle erheblich verbessert.

Gemäß der Erfindung wird die Stärke der vertikalen Feldkomponente in einer Zelle durch die Anordnung von im wesentlichen vertikal verlaufenden, langen, magnetisch leitenden Platten und Oder Stäben an den Seiten und Enden der Zelle beträchtlich vermindert, wie in den F i g. 1 und 2 dargestellt. Insbesondere auf der stromaufwärts liegenden Seite der Zelle 12, wie am besten aus der in F i g. 1 wiedergegebenen Draufsicht zu ersehen ist, sind vier Reihen oder Lagen von Platten 36 bis 39 angeordnet, wobei jede Lage mehrere Platten aufweist, die entlang der Zelltnseitenwand magnetisch getrennt angeordnet sind. Die Platten-Lage, die der Außenseite des Zellenmantels 16 am nächsten liegt, kann an diesem durch ein entsprechendes Mittel, beispielsweise durch ein isolierendes Klebemittel oder mittels Haftschweißungen, befestigt werden, die in der Zahl begrenzt sind, um einen fortlaufenden magnetischen Pfad entlang der Zellenseiten aus Gründen zu vermeiden, die im folgenden erklärt werden. Zusätzlich würde ein Oxyd auf den Platten diese magnetisch von dem Mantel trennen.

Die in den Reihen 37 und 39 dargestellten Platten sind verhältnismäßig schmal, während die Platten in den Reihen 36 und 38 als weniger schmale Platten wiedergegeben sind. Diese Art der Plattenausführung und Anordnung erleichtert die Ausdehnung der Plat-

ten bei einer Anbringung in der Nähe des Zellenbodens zwischen den Sammelschienen 30. wie am besten aus F i g. 2 zu ersehen ist. Die schmäleren Platten 37 sind dann verhältnismäßig lange Platten, die etwa über die volle Höhe der Zelle 12 verlaufen,

während verhältnismäßig kurze Platten von der Oberseite der Zelle an der Deckplatte 24 sich nach unten bis unmittelbar über die Sammelschienen erstrecken, wie in F i g. 2 dargestellt.
Um eine wirksame Abschirmung der Zelle von

ab dem vertikalen, durch die Sammelscmenen 30 erzeugten, magnetischen Feld sicherzustellen, sind die Lücken zwischen den schmäleren Platten 27 durch die breiteren Platten 36 überdeckt, die die schmalen Platten abdecken; die breiteren Platten verlaufen

as vertikal zwischen den Sammelschienen 30 und der Deckplatte 24 der Zelle 12, wie durch gestrichelte Linien in F i g. 2 dargestellt ist. Die breiteren Platten können an den schmäleren Platten durch eine geeignete, magnetisch nicht leitende (nicht dargestellte)

3β Klebeverbindung befestigt sein, die weiterhin bewirkt, daß die breiteren Platten jeweils von den schmalen und voneinander magnetisch getrennt sind. Zusätzlich würde ein Oxyd auf den breiteren Platten die breiteren Platten magnetisch von den schmalen

Platten ebenso wie von dem Mantel 16 und voneinander isolieren.

Die Anordnung der breiteren und schmäleren Platten 36 und 37 kann natürlich umgekehrt werden; in diesem Fall würden dann die breiteren Platten sehr nahe an der Zellen-Seiienwand und dem Stah!- mantel 16 angeordnet sein. In ähnlicher Weise kann auch eine einzige Lage von Platten mit einer größeren Dicke an Stelle der zweifachen Lage aus den Platten 36 und 37 verwendet werden; in diesem Fall könnten dann die unteren Enden jeder Platte geschlitzt oder anders bemessen sein, um sie an eine Sammelschiene oder -schienen 30 anzupassen.

Die Platten der Lagen 38 und 39, die nur ir Fig. 1 sichtbar sind, sind in der Einlage 18 der Zelle

12 innerhalb des Stahlmantels 16 eingebettet, ähnlich wie die Platten-Lagen 36 und 37 weisen die Platter 38 und 39 weniger schmale Platten 38 auf, die so angeordnet sind, daß sie die Zwischenräume zwischer den schmäleren Platten 39 verdecken; hierdurch isi

eine wesentliche Verminderung der vertikalen Feldstärke in der Zelle erreicht, ohne in irgendeine! Weise die anderen, in der Zelle bestehenden, magnetischen Feldkomponenten zu beeinflussen. Ein Tei der schmäleren Platten verläuft von der Oberseite

der Zelle nach unten bis zu den und zwischen der Leiterschienen 30 hindurch, während sich die weniger schmalen Platten vorzugsweise zwischen der ZeI-lenoberseite und den Sammelschienen erstrecken.
In F i g. 1 verlaufen die Kathoden-Rrngsammel

schienen 31 und 32 seitlich zu den Hauptkathoden-Sammelschienen 33 bzw. 34. Der Stromfluß in dieser Sammelschienen addiert sich zu der Stärke der vertikalen Feldkomponente an den Zellen-Enden an de-

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ren stromaufwärts liegenden Seite. Um die Zelle von nen angebrachten Platten sich von der Abdeckplatte dem durch diese Sammelschienen erzeugten Feld ab- bis in die Nähe des Zellenbodens erstrecken,
zusohirmen, sind langgestreckte, magnetisch vonein- Die langgestreckten Platten 36 bis 39, 40 und 45 ander getrennte, leitende Stäbe 41 und 42 zwischen sowie die Stäbe 41 und 42 leiten, wie beschrieben, den Enden der Zellen und den Sammelschienen 33 5 die vertikale Feldkomponente entlang ihrer Längsbzw. 34 angeordnet; die Längsausdehnung der Stäbe ausdehnung ab und schirmen dadurch das Zellenin-(ähnlich wie die der Platten 36 bis 39) verläuft in der nere von der vertikalen Komponente ab, ohne die in (vertikalen) Richtung des abzuschirmenden Feldes. Längs- und Querrichtung verlaufenden Felder wein der Ausführungsform der F i g. 1 und 2 sind die sentlich zu beeinflussen. Auf diese Weise sind die Abschirmstäbe 41 und 42 zweckmäßig zwischen der io elektromotorischen Kräfte, die durch die vertikale Zelle und den Sammelschienen 33, 34 dadurch ge- Komponente in dem geschmolzenen Aluminium herhalten, daß sich der untere Teil der Stäbe in die ZeI- vorgerufen sind, im wesentlichen beseitigt, ohne die len-Einlage 18 erstreckt, obwohl die Stäbe auch Kräfte wesentlich zu beeinflussen, die durch die in außerhalb des Zellenmantels angebracht sein kön- Längs- und Querrichtung verlaufenden Felder ernen; es können auch (nicht dargestellte) Platten an 15 zeugt sind. Die Größe der Kräfte, die an dem Alumi-Stelle oder in Verbindung mit den Stäben verwendet nium durch die zwei letzterwähnten Felder erzeugt werden. sind, neigt dazu, ta Längs- und Querrichtung zur Die vertikalen Stäbe 41 und 42 erstrecken sich Mitte der Zelle hin derart zuzunehmen, daß das Aluebenfalls über die Abdeckplatte 24 und mindestens bis minium sich von den Enden und Seiten der Zelle auf eine Höhe, die gleich der der Steigleitungen (wo ao nach innen in Längs- und Querrichtung zu deren sie verwendet sind) und der Anoden-Sammelschienen Mitte hin bewegt. Aus diesem Grund sind durch die für die abzuschirmende Zelle ist. In F i g. 1 sind die Kräfte, die durch die vertikale Feldkomponente erSteigleitungen und die Anoden-Sammelschienen für zeugt sind, die mit Hilfe der vertikalen Platten und die Zelle 12 nicht dargestellt, damit die Zeichnung Stäbe entfernt ist, die Muster der Metallbewegung, klar bleibt; die Zelle 12 besitzt jedoch Anoden-Sam- 35 die durch diese nach innen gerichteten Kräfte erzeugt melschienen, die den Sammelschienen 28 und 29 für werden würden, im wesentlichen einander derart entdie stromabwärts liegende Zelle 14 ähnlich sind. Es gegengesetzt, daß ihre netzartige Wirkung keine Beberuht auf dem durch den Stromfluß in diesen wegung des Metalls verursacht. Aus diesem Grund Stromschienen erzeugten Magnetfeld, daß die verti- sollten die in Längs- und Querrichtung verlaufenden kalen Stäbe 41 und 42 insbesondere die Zelle ab- 30 Feldkomponenten nicht durch die Verminderung schirmen. oder Beseitigung der vertikal verlaufenden magneti-Die in die Einlage 18 der Zelle 12 eingebetteten sehen Feldkomponente in dem in den F i g. 1 und 2 Abschirmteile, d. h. die Platten 38 und 39 und die dargestellten Zellenaufbau gestört werden.
Stäbe 41 und 42, können zweckmäßigerweise in dem Als zweckmäßige und wirtschaftliche Abschir-Einlagematerial untergebracht sein, wenn die Einlage 35 mungsteile werden bei der Erfindung Sammelstäbc beim Aufbau neuer Zellen oder bei der Reparatur aus Eisen verwendet, die aus der Einlage alter Zellen und Wiederbelegung alter Zellen aufbereitet wird. entfernt worden sind und die andererseits nur als Wegen der Anordnung und Anbringung der Sam- Abfallmaterial abgesetzt würden. Die Abschirmstäbe melschienen an der stromabwärts liegenden Seite dor 41 und 42 an den Zellen-Enden können alte Leiter-ZeIIe ist die dadurch erzeugte, vertikale Feldkompo- 40 stäbe sein; derartige Stäbe können auch entlang der nente nicht so stark wie an der stromaufwärts liegen- Zellenseitenwände verwendet werden. Flache Platten den Seite der Zelle. Aus diesem Grund sind an der sind aber gegenüber Stäben vorteilhaft, da sie leichstromabwärts liegenden Seite magnetisch voneinander ter in einander überdeckenden Lagen angeordnet getrennte leitende Platten 44 und 45 nur außerhalb werden können, wie in F i g. 1 dargestellt. Die Platten angebracht. Die Anzahl der Platten auf der stromab- 45 brauchen aber nicht beispielsweise aus iieuwertigem wärts liegenden Seite ist daher wesentlich kleiner als Stahl zu bestehen. Es können auch Abfallmetal!- die auf der stromaufwärts Hegenden Seite der Zelle. Flauen verwendet werden; die maßgebende Fordc-Hierbei hat sich herausgestellt, daß das Magnetfeld, rung ist nur die, daß sie den magnetischen Fluß in das durch den Stromfluß an dem Ende und den Richtung ihrer Längsabmessung leiten.
Steigleitungb-Sammelschienen auf der stromabwärts 50 Obendrein brauchen die Abschirmplatten aucl· liegenden Seite der Zelle erzeugt worden ist, sich nicht in der Nähe der Mitte der stromaufwärts unc günstig auf die Bewegung des geschmolzenen Metalls stromabwärts liegenden Seiten der Zelle angeordnei auswirkt Es sind dann kerne Abschirmstangen an zu sein, da, wie oben ausgeführt, das vertikal verden Enden der Zelle auf der stromabwärts liegenden laufende Feld in der Mitte der Zelle Null ist.
Seite verwendet 55 Es ist somit ein neuer und brauchbarer Aufbau be Ähnlich wie die Platten 36 und 37 auf der strom- schrieben und offenbart, um das Innere einer Elektro aufwärts liegenden Seite der Zelle weisen die Platten lyse-Zelle von nachteiligen Wirkungen einer einzel auf der stromabwärts liegenden Seite weniger schmale nen magnetischen, in einer vorbestimmten Richtunj Platten 44 auf, die die schmäleren Platten 45 und die verlaufenden Feldkomponente abzuschirmen, ohm Abstände zwischen den schmäleren Platten überdek- 60 die magnetischen, in anderen Richtungen verlaufen ken, wodurch die Abschirmung des Zelleninnerer ge- den Feldkompjnenten in der Zelle zu beeinflussen genüber der vertikalen Feldkomponente verbessert Beispielsweise wird durch die wirksame Beseitigun] ist, die durch den Stromfluß in den Sammelschienen der vertikalen Feldkomponente die Bewegung voi 30, 31 und 32 auf der stromabwärts liegenden Seite geschmolzenem Metall in der Zelle nur beträchtlicl erzeugt ist Die weniger schmalen Platten erstrecken 65 vermindert, aber nicht vollständig angehalten, da di sich voB der Zellen-Abdeckplatte 24 bis zu einer An- horizontal und transversal verlaufenden Feldkompo bringung unmittelbar über den Sammelschienen 30, nenten das Metall ta Mustern bewegen, die dazu nei während die schmäleren, zwischen den Sammelschie- gen, sich gegenseitig auszulöschen. Durch die wirk

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same Beseitigung der Metallbewegung ist die Lebensdauer der Zelleneinlage wesentlich erhöht worden, wodurch gleichzeitig die Kosten für die Reparatur und Wiederbelegung der Zellen beträchtlich vermindert sind.

Obwohl die Erfindung besonders vorteilhaft t der Herstellung von Aluminium ist, ist sie genaus gut bei der Herstellung von anderen Leichtmetalle beispielsweise Magnesium, durch Elektrolyse ve wendbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (8)

angeordnet sind und entlang mindestens einer Seite außerhalb der Zelle verlaufen, und wobei Patentansprüche: mindestens ein Teü der Leiter, wenn sie den Zel lenstrom leiten, eine Quelle für einen magneti-5 sehen Fluß darstellen, durch den der Zellenman-

1. Elektrolysezelle zur Gewinnung von Leicht- tel gesättigt und dadurch eine magnetische, im metall wie Aluminium oder Magnesium, die eine wesentlichen senkrecht durch die Aluminiumais Kathode dienende Elektrolysewanne mit einer schicht verlaufende Feldkomponente erzeugt ist, Schicht aus flüssigem Leichtmetall aufweist, in und daß eine Anzahl langgestreckter, den magneder durch die Wirkung der äußeren Stromleiter io tischen Fluß leitender Elemente im wesentlichen ein magnetisches Feld entsteht, das durch die An- vertikal verlaufen und an zumindest einer Seite Ordnung zusätzlicher magnetischer Leiter im Be- der Zelle zwischen der Ali-Schicht und reich der Elektrolysezelle beeinflußbar ist, da- den Kathoden-Leitem angebracht sind,
durch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen, sich vertikal erstreckenden magnetischen, 15

untereinander und von dem elektrischen System
der Elektrolysezelle getrennten Leiter (36, 37, 38„
39, 41, 42, 44, 45) zur Beeinflussung der vertikalen Komponente des magnetischen Feldes in oder

an der Zellenwand zwischen der flüssigen Leicht- 20
metallschicht und den äußeren Stromleitern (31,
32, 33,34) angeordnet sind.

2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie an eine elektrische Schaltung

mittels der elektrischen Leiter angeschlossen ist, 25 Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrolysedie seitlich der Zelle in Abstand zueinander an- zelle zur Gewinnung von LeichtmetiJl, wie Al oder geordnet sind und zumindest entlang einer Seite Mg, die eine als Kathode dienende Elektrolysewanne außerhalb der Zelle verlaufen, wobei eine Anzahl mit einer Schicht aus flüssigem Leichtmetall aufleitender Teile zumindest auf einer Seite der weist, in der durch die Wirkung der äußeren Strom-Zelle angebracht ist. 30 leiter ein magnetisches Feld entsteht, das durch die

3. Zelle nach einem der Ansprüche 1 und 2. Anordnung zusätzlicher magnetischer Leiter im Bedadurch gekennzeichnet, daß sie einen Außen- reich der Elektrolysezelle beeinflußbar ist.

mantel aus magnetisch leauidem Material auf- Durch diese Zelle kann insbesondere Aluminium

weist, wobei die Zelle elektrisch mittels Leiter mit aus einer Aluminiumverbindung gewonnen werden, einer ähnlich aufgebauten, benachbarten Zelle 35 Bei der Erzeugung von Aluminium in einer Elekverbunden ist und die den magnetischen Fluß trolysezelle wird geschmolzenes Aluminium durch leitende Teile einen plattenähnlichen Aufbau auf- die Elektrolyse eines Schmelzbades gebildet, wobei weisen oder Stäbe sind, die an den Zellenmantel sich eine Schicht geschmolzenen Aluminiums von reangrenzend angebracht sind. lativ gleichmäßiger Dicke ergibt, das auf dem Boden

4. Zelle nach Anspruch 3, dadurch gekenn- 40 der Zelle gebildet wird. Es ist bekannt, daß die gezeichnet, daß mindestens einige der Platten an genseiüge Beeinflussung von Magnetfeldern und der Außenseite der Zelle liegen. Stromdichten in der Zelle auf die geschmolzene AIu-

5. Zelle nach einem der Ansprüche 3 und 4, miniumschicht wirkende, elektromotorische Kräfte dadurch gekennzeichnet, daß die den magneti- erzeugt, wodurch sich eine starke Bewegung der AIuschen Fluß leitenden Teile einander überdek- 45 miniumschicht in der Zelle ergibt. Diese Bewegung kende Lagen von Platten (36, 37, 38, 39) aufwei- führt zu einer starken, weitgehenden Abnutzung bzw. sen, die im Abstand zueinander entlang minde einem Verschleiß der Auskleidung. Diese Abnutzung stens eines Teils mindestens einer Zellenseiten- bzw. der Verschleiß, insbesondere von Rissen oder wand angeordnet sind und die magnetisch von- Sprüngen, wo dann Löcher in dem Gefäß gebildet einander getrennt sind. 50 werden, führt dann schließlich dazu, daß die Zelle

6. Zelle nach einem der Ansprüche 3 bis 5, da- oder die Zellen zum Reparieren und/oder zum Ersetdurch gekennzeichnet, daß die Zelle auf der In- zen der Auskleidung außer Betrieb gesetzt werden nenseite des Zellenmantels eine Einlage (18) auf- müssen. Das Außerbetriebsetzen einer Zelle und weist und die den magnetischen Fluß leitenden die Reparatur oder der Ersatz einer Zellea-Ausklei-Teile einen plattenähnlichen Aufbau (38, 39) auf- 55 dung bzw. -Einlage ist sehr teuer, da mit der Zelle weisen und sich in die Einlage erstrecken. während der Zeit, während der sie außer Betrieb ge-

7. Zelle nach einem der Ansprüche 3 bis 6, da- setzt ist, kein Metall erzeugt werden kann und da durch gekennzeichnet, daß sie eine Einlage auf- zum Reparieren oder Ersetzen einer Einlage bzw. weist und die den magnetischen Fluß leitenden Auskleidung beträchtliche Zeit, Mühe und beträcht-Teile an den Zellenenden Stäbe (41, 42) aufwei- 60 liehe Materialien erforderlich sind.

sen, die sich in die Einlage erstrecken. Zusätzlich müssen auf Grund der Bewegung dei

8. Zelle nach einem der vorhergehenden An- geschmolzenen Aluminiumschicht die Zellen-Anoden Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle von der Zellen-Einlage übermäßig weit getrennt wereinen Außenmantel aus magnetischem Material den, da die sich bewegende Schicht zu einer unbesitzt und elektrisch mit einer ähnlich aufgebau- 65 gleichmäßigen vertikalen Verschiebung in der Zelle ten angrenzenden Zelle durch dazwischen verlau- unter den Anoden führen kann.

fende Leiter verbunden ist, die Knthodenleiter Die die Bewegung der Aluminium-Schicht verursa-

aufweisen, die seitlich in Abstand zu der Zelle chenden, magnetischen Felder entstehen sowohl in-