DE2508129B2

DE2508129B2 - Vorrichtung zum Auffangen von Gas aus einer mit vorgebrannten Anoden versehenen Wanne zur Herstellung von Aluminium mittels Schmelzflußelektrolyse

Info

Publication number: DE2508129B2
Application number: DE2508129A
Authority: DE
Inventors: Pierre Saint-Jean-De-Maurienne Tortil (Frankreich)
Original assignee: Aluminium Pechiney SA
Current assignee: Rio Tinto France SAS
Priority date: 1974-02-28
Filing date: 1975-02-25
Publication date: 1979-10-31
Also published as: IS2263A7; NO143229B; ZA751155B; FR2262700B1; NL7502438A; GB1464211A; US3977950A; DE2508129A1; CH599984A5; IT1033230B; YU45175A; FR2262700A1; SE7502299L; YU40112B; CA1055423A; IS1244B6; JPS5242523B2; AU7869775A; SE443001B; NO750646L

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auffangen von Gas aus einer mit vorgebrannten Anoden versehenen Wanne zur Herstellung von Aluminium mittels Schmelzflußelektrolyse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Das Problem des Auffangens und der Reinigung von bei der Elektrolyse von Aluminium entstehenden Gasen stellt sich mit der Vergrößerung der Abmessungen der verwendeten Anlagen und dem steigenden Bewußtsein bezüglich der Umweltverschmutzung mit zunehmender Schärfe.

Diese Gase, die in der Größenordnung von 0,05 bis 0,08 1/sec je Wanne und je 1000 Ampere entstehen, bestehen in wesentlichen aus einer Mischung von Kohlendioxid und Kohlenmonoxid, die von der Oxidation der Anode durch den bei der Elektrolyse freigesetzten Sauerstoff herrühren und denen vom Schwefelgehalt der Anode herrührende Schwefeloxide, aus dem Bad kommende Verbindungen von Fluor und Staubteilchen beigemengt sind, die größtenteils aus Aluminiumoxid bzw. Tonerde bestehen, und denen im Falle von Söderberg-Anoden Ruß und Teer beigemengt sind, die durch das Backen der weichen Masse entstehen.

Bei einer bekannten gattungsgemäßen Vorrichtung (DE-PS 816 160) wird das aus dem künstlich offengehaltenen Loch der Kruste ausströmende Gas einem

Gasabzugsrohr zugeführt, das möglichst dicht an das Loch in der Kruste angeschlossen ist, damit möglichst wenig Luft in das Gas eingezogen wird und nicht zuviel Gas verlorengeht. Bei seinem Austritt aus dem Gasabzugsrohr, der von der Kruste mehr oder weniger weit entfernt ist, wird das Gas mittels Luft verbrannt und dann einem Rohr einer Reinigungsanlage zugeführt. Der dichte Anschluß des Gasabzugsrohres bzw. dessen Trichters an das Loch in der Kruste sowie der Höhenunterschied zwischen der Stelle der Verbrennung des Gases und der Öffnung in der Kruste bewirken, daß der Hohlraum zwischen der Kruste und dem Elektrolysebad mit Unterdruck beaufschlagt ist, wodurch Gase verstärkt abgegeben werden und die Menge an verbrauchten Fluorverbindungen zunimmt. Außerdem gelangt mit Kohlendioxid auch giftiges Kohlenmonoxid in das Abzugsrohr, was insbesondere bei Undichtigkeiten des Gasabzugsrohrs zu Gefahren für die Umgebung führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung zu schaffen, die möglichst wirtschaftlich und unter geringer Umweltbelastung arbeitet.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird dem sich unter der Kruste bildenden Gas somit unmittelbar bei dessen Austritt aus dem Loch Luft zugemischt. Damit wird der Unterdruck zwischen der Kruste und dem Elektrolysebad vermieden, wodurch die Gasabgabe vermindert und entsprechend die Menge an verbrauchten Fluorverbindungen, die sehr teuer sind, herabgesetzt wird. Das Kohlenmonoxid wird sofort nach seinem Austritt aus der Kruste zu Kohlendioxid oxidiert, so daß es keine Gefahren für die Umgebung mit sich bringen kann.

Zum Stand der Technik sei ergänzend auf die DE-AS 1085677 hingewiesen, in der eine Gassammeivorrichtung für eine mit einer Söderberg-Anode ausgerüstete Elektrolysezelle beschrieben ist. Bei solchen Elektrolysezellen muß sowohl das von der Zelle selbst abgegebene Gas als auch das von der Anode abgegebene Gas gesammelt werden. Entsprechend weist eine solche Zelle zwei Gassammelleitungen auf. Am Anodenmantel ist ein primärer Gassammeiring ausgebildet, durch welchen die Gase, die sich auf und neben der Anode entwickeln, in konzentrierter und unverbrannter Form aufgesammelt werden. Am obersten Teil des Anodenmantels ist weiter ein sekundärer Gassarnmelring i/i Form einer Rauchhaube ausgebildet. Ein Brenner, der mit einem Rohr durch den primären Gassammeiring nach unten hindurchragt, wird mit Brenngas aus dem Raum oberhalb des Bades und mit Verbrennungsgas aus dem Raum unterhalb der Rauchhaube gespeist. Bei der Vorrichtung gemäß der DE-AS kann somit nicht ausgeschlossen werden, daß ein gewisser Anteil des Gases an der Rauchhaube vorbeiströmt. Wenn dies vermieden werden soll, muß die Rauchhaube unter starkem Unterdruck stehen. Des weiterem ist das vom Brenner durch den Gassammelring bzw. das durch Aluminiumoxid hindurchgeführte Rohr nicht an seinem unteren Ende mit Lufteinlässen versehen. Das obere Ende des Brenners ist nicht unmittelbar an ein Abzugsrohr angeschlossen, wodurch gewährleistet wäre, daß kein Abgas der Elektrolysezelle in die Umgebung gelangt. Das dem Erfindungsgegenstand zugrundeliegende Problem, den Unterdruck des Abzugs vom Raum unter der Kruste

fernzuhalten, stellt sich bei der Vorrichtung gemäß der DE-AS 1085677 somit nicht.

Die Ansprüche 2 und 3 kennzeichnen zwei vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei mit den Merkmalen des Anspruchs 3 die Zumischung der Luft dadurch erfolgt, daß der Abzug am Beginn der Gassammelleitung in kleinem Abstand über der Kruste angeordnet ist.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 4 ist eine einfache Reinigung des im wesentlichen senkrecht über der Kruste angeordneten Abzugs möglich.

Die Merkmale des Anspruchs 5 ermöglichen das Abführen von staubförmigen Teilchen aus der meist etwa waagerecht verlaufenden Gassammelleitung, wobei diese Teilchen gemäß den Merkmalen des Anspruchs 6 besonders wirtschaftlich und wirksam abgeführt werden können.

Insgesamt erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung, mehr als 80% des Gases in sehr konzentrierter Form aufzufangen, wodurch bei der Verwertung bzw. Weiterverarbeitung der Gase ein ausgezeichneter Wirkungsgrad erzielt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zusammen mit einer herkömmlichen Vorrichtung verwendet werden, die die Luft einer Fabrikhalle aufbereitet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiter mit einer an sich bekannten Vorrichtung mit einer Haube über einer Wanne kombiniert werden. Dabei entsteht der zusätzliche Vorteil, daß die Luft, die zum Verbrennen der brennbaren Gase und zur Kühlung der Anlage verwendet wird, und die zwangsläufig unter der Haube entnommen wird, bereits mit Gas beladen ist, das ansonsten nicht aufgefangen werden würde. Entsprechend erhält man ein konzentriertes Gas, dessen Reinigung erleichtert ist.

Die Erfindung ist insbesondere für Wannen zur Herstellung von Aluminium durch Schmelzflußelektrolyse von Aluminiumoxid verwendbar, bei denen mehrere Anoden verwendet werden.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß eine einzig; Auffangvorrichtung genügt, um fast das gesamte in der Wanne entstehende Gas aufzufangen, beispielsweise 80 bis 90% des Kohlenmonoxids und des Kohlendioxids, berechnet auf Grund des Verlustes der Anoden an Kohlenstoff. Der nicht aufgefangene Teil des Gases kann einerseits dem Gas entsprechen, das unter Filterung infolge der Porosität durch die Kruste oder die Anode entweicht oder das beim Brechen der Kruste entweicht, und andererseits der unmittelbaren Verbrennung der oberhalb des Bades in Berührung mit Luft befindlichen Anode entsprechen. Dieser letztere Teil kann als wenig schädlich angesehen wen'.en, weil er keine Fluorverbindungen enthält.

Bezüglich der erforderlichen Luftdurchflußmenge hat sich eine Menge als zufriedenstellend herausgestellt, die einer etwa zehnfachen Verdünnung des Gases entspricht.

Das Loch in der Kruste muß ständig offengehalten werden, beispielsweise dadurch, daß eine Stange aus Sthal von Zeit zu Zeit eingetaucht wird. Man hat festgestellt, daß der mittlere Wirkungsgrad der Aufnahme nur etwa 50% beträgt, wenn dieser Vorgang alle vier Stunden abläuft, daß er aber 80 bis 90% beträgt, wenn der Vorgang etwa alle 10 Minuten durchgeführt wird.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in ihrem rechten Teil eine Seitenansicht und in ihrem linken Teil einen Schnitt durch eine axiale, senkrechte Ebene einer Wanne mit einer Auffangvorrichtung,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie H-II in Fig. 1,

Fig. 3, 4 und 5 Schnitte längs der Linien III—III. IV-IV und V-V der Fig. 2,

Fig. 6 eine abgeänderte Ausführungsform der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung.

Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung ist mit einer Wanne mit mehreren vorgebrannten Anoden ausgerüstet; es kann aber auch eine Wanne mit einer einzigen durchgehenden Anode nach Soderberg verwendet werden. Die Vorrichtung könnte auch zwischen der Anode und dem Kasten der Wanne angeordnet sein.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Wanne weist einen Kasten 1 auf, dessen Boden 2 aus Blöcken von carbonisiertem Material besteht, die von metallischen Schienen zusammengehalten werden. Dieser Boden bildet die Kathode der Wanne. Der Tank 1 trägt eine Überstruktur, die aus senkrechter Pfosten 3 gebildet ist, die wiederum wsa°erechte iSä'ken 4 trs°en. Die Anoden sind aus Blöcken 5 aus einem vorgebrannten, carbonisierten Material gebildet, die mittels Gruppen von senkrechten Stangen 6 befestigt sind, dk selbst wiederum mittels Klemmen 7 an waagerechten Stangen t> befestigt sind, die die Anoden tragen und ihnen elektrische Energie zuführen. Die Stangen 8 sind an den waagerechten Balken 4 mittels einer nicht dargestellten Vorrichtung angebracht, wie sie beispielsweise in den FR-PSN 1440005 und 1519475 beschrieben sind, und sind über ein Kabelband 9 an eine elektrische Gleichstromquelle angeschlossen.

Der Kasten der Wanne enthält ein Elektrolysebad 10, das aus einer Mischung von Kryolith und Aluminiumoxid bzw. Tonerde besteht und durch Stromfluß zwischen der Anode und der Kathode auf einer Temperatur zwischen 950 und 1000° C gehalten wird. Der obere Teil dieses Bades verfestigt sich und bildet dabei eine feste Kruste 11, die das Bad abdeckt und es thermisch isoliert. Diese feste Kruste ist mit pulverförmigem Aluminiumoxid 12 beschichtet. Ein Operateur durchsticht die Kruste periodisch, so daß ein Teil des Aluminiumoxids, das die Kruste bedeckt, in das Bad hineinfällt, und stellt dann die Lage aus Aluminiumoxid wieder her.

Zwischen zwei Anoden ist eine bewegliche Stange 13 aus Stahl angebracht, mit der ein Loch 14 in der Kruste hergestellt und ständig offengehalten werden kann. Diese Stange ist mittels eines vorzugsweise pneumatischen Kraftzylinders 15 betätigbar. Ihre obere Lage ist mi! einer durchgezogenen Linie dargestellt und trägt das Bezugszeichen 13, während ihre untere Lage gestrichelt dargestellt ist und das Bezugszeicnen 13' trägt. Die Stange 13 ist im Inneren eines Abzugs 16 angeordnet, der die Kruste berührt und das Gas sammelt, das aus dem Loch \4 ausströmt. Dieser Abzug ist einerseits an eine Gassammelleitung 17 angeschlossen und andererseits an ein Rohr 18 mit zwei Öffnungen deren eine (19) zum Reinigen und deren andere (20) zum Einblasen von Druckluft vorgesehen ist, die vorzugsweise dem pneumatischen Kraftzylinder 15 entweicht.

Die Baugruppe aus der Stange 13 und dem Kraftzylinder 15 muß folgende Bedingungen genau erfüllen: Die Bewegungsbr hn der Stange muß genügend groß sein, damit die Stange in ihrer unteren Lage die Kruste vollständig durchdringt und bis in das Bad reicht und

in ihrer oberen Lage eine genügende Entfernung von der Flamme aufweist, die durch die Verbrennung des brennbaren Teils der Gase hervorgerufen wird und entsprechend auf einer höherenTemperatur ist. Wenn die Stange das Bad erreicht, lagert sich an der eine bestimmte Menge an Elektrolyt ab, der sich verfestigt und, wenn sich die Stange nicht abkühlt, können die so entstehenden Lagen sich anhäufen, bis sie die Funktion des Kraftzylinders hindern. Wenn sich die Stange genügend abkühlt, fällt die verfestigte Elektrolytscliicht als Pulver ab, wodurch eine natürliche Reinigung gegeben ist. Es hat sich herausgestellt, dal! das Minimum tier Bewegungsbahn bei etwa 50 cm liegt. Eine zu große Bewegungsbahn ist an und für sich nicht nachteilig, sie kann aber in bestimmten Fabrikhallen hinderlich für die Bewegung von Brücken und Fördermaschinen sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird der

M et 11 /.y ti mic ι ic "vOm Cm (Ci' .ΜϋϋΟΓνΟΓΓ JCmUn^; iil TCgCimäßigen Intervallen betätigt, wobei die Steuervorrichtung vorteilhafterwcisc die Kraft/ylindcr einer Reihe son Wannen entsprechend einem einzigen Programm betätigen kann. Auf diese Weise treten im System der Sammler des Gases regelmäßige Pulsationen auf.dicdiestnubfürmigcn Teilchen in Suspension halten und deren Mitnahme bis zu den Entstaubungsvorrichtungen erleichtern.

Die Vorrichtung zum Durchblasen mit Druckluft, die in das Rohr 18 eingeleitet wird, ermöglicht, die Staubteilchen auszutreiben, die dazu neigen, sich in der waagerechten Sammelleitung 17 abzusetzen. Dieses Durchblasen, das mit Hilfe der aus dem Kraftzylinder 15 entweichenden Luft vor sich geht, erfolgt mit der Frequenz der Bewegungen dieses Kraftzylinders.

Der Abzug kann das in der Kruste ausgebildete Loch dicht abdecken. Die Erfahrung zeigt aber, daß diese Art der Abdeckung zwei Nachteile aufweist:

- Der Hohlraum zwischen der Kruste und dem Elektmlysebad wird mit Unterdruck beaufschlagt, wodurch Dämpfe verstärkt abgegeben werden und die Menge an verbrauchten Fluorverbindungen zunimmt;

- man sammelt zur gleichen Zeit wie das Kohlendioxid das giftige Kohlenmonoxid, das hinterher nur schwer abgebaut werden kann.

Um diese Nachteile zu vermeiden, ist ein Luftciniaß

vorgesehen, der gern;;!} den Fig. 2 bis 5 ;:!s Öffnung 21 in der Wand des unteren Teils des Abzugs 16 ausgebildet sein kann oder auch als ein Höherlegen de«. Abzugs bzw. durch einen Freiraum 22 zwischen dem unteren Finde des Abzugs und der Kruste, wie in Fig. 6 dargestellt.

Auf diese Art wird, wie weiter oben bereits beschrieben, der Unterdruck unter dem Abzug und entsprechend unter der verfestigten Kruste aufgehoben und s! .l!t andererseits der Sauerstoff der eingeleiteten Luft die Verbrennung des Kohlenmonoxids sicher.

Hierzu 3 Blau /eichnunccn

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Auffangen von Gas aus einer mit vorgebrannten Anoden versehenen Wanne zur Herstellung von Aluminium mittels Schmelzflußelektrolyse, mit einer beweglichen Stange zum Ausbilden und Offenhalten eines Loches in einer das Elektrolysebad bedeckenden Kruste und einem das Loch überdeckenden, ortsfesten Abzug, der an eine Gassammelieitung angeschlossen ist.dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Endbereich des Abzugs (16) ein Lufteinlaß (21; 22) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lufteinlaß als Öffnung (21) in der Wand des unteren Teils des Abzugs (16) ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lufteinlaß als ein Zwischenraum (22) zwischen dem unteren Ende des Abzugs (16) und der Kruste (It) ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abzug (16) eine in ihn etwa senkrecht mündende Reinigungsöffnung (19) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abzug (16) einen Anschluß (20) zum Einlassen von Druckluft in die Gassammelieitung (17) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Einblasen in die Gassammelleitung (17) dienende Druckluft die einem pneumatischen Kra/tzylinuer (15) entweichende Druckluft ist, der die Stange (13) zum Offenhalten des Loches betätigt.