DE2515055A1

DE2515055A1 - Verfahren und vorrichtung zum auffangen der bei der herstellung von aluminium in einer schmelzfluss-elektrolysezelle mit kontinuierlicher anode entstehenden abgase

Info

Publication number: DE2515055A1
Application number: DE19752515055
Authority: DE
Inventors: Daniel Duclaux; Georges Paul Ferret; Andre Justin August Pontier
Original assignee: Aluminium Pechiney SA
Current assignee: Rio Tinto France SAS
Priority date: 1974-04-11
Filing date: 1975-04-07
Publication date: 1975-10-23
Also published as: NO143405B; SE7504077L; FR2278783B1; GB1503985A; EG11658A; CH599356A5; AU7994575A; BR7502128A; NO751212L; CA1055424A; FR2278783A1; IT1034920B; NO143405C; JPS50137810A; SE410481B; DE2515055B2; ES436397A1; OA04922A

Description

in einer Schmelzfluß-Elektrolysezelle mit kontinuierlicher Anode entstehenden Abgase

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auffangen der bei der Herstellung von Aluminium durch Schmelzflußelektrolyse von Tonerde in einer Elektrolysezelle mit kontinuierlicher Anode entstehenden Abgase sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Eine Schmelzfluß-Elektrolysezelle mit kontinuierlicher Anode, genannt Söderberg-Anode, weist eine rechteckige Wanne auf, die an ihrer oberen Basis offen ist und deren Boden aus an ' Metallstäben getragenen und mit einer Stampfmasse miteinander verbundenen Kohleblöcken die Kathode bildet. Diese Wanne enthält ein Elektrolysebad aus in Kryolith gelöster Tonerde, das auf eine Temperatur zwischen 950 und 1050 ⁰C gebracht ist. In dieses Elektrolysebad ist eine einzige Anode eingetaucht, die von einer teigigen Kohlemasse gebildet ist, welche von einem Mantel umgeben ist. In die teigige Kohlemasse sind Bolzen eingesetzt, die an elektrisch leitenden Stangen

509843/0660

/2

- 2 - 46 092

befestigt sind und zugleich als metallische -Stützen und als Zuleitung für elektrische Energie dienen. Sobald die Elektrolysezelle von einem elektrischen Strom durchflossen wird, zerfällt die Tonerde in Aluminium, das ein die Kathode überdeckendes Metallbad bildet, und in Sauerstoff, der sich an der Anode ansammelt und deren allmählichen Abbrand hervorruft. Unter der Wirkung der Temperatur des Elektrolysebades und der Joulesehen Wärme wird die teigige Kohlemasse, welche die Anode bildet, während des Betriebes der Elektrolysezelle gebrannt, wobei der untere Teil der Kohlemasse verkokt, während der obere Teil weich wird. Mit dem durch den Sauerstoff hervorgerufenen Abbrennen des verkokten unteren Teiles wird es notwendig, die Kohlemasse nach unten gleiten zu lassen, um den Abstand zwischen Anode und Kathode konstant zu halten. Die Kontaktbolzen sind in Zeitabständen herauszuziehen und an einer höher gelegenen Stelle neu einzusetzen.

Der Zerfall der Tonerde führt zu einer Verarmung des Elektrolysebades an Tonerde. Sobald der Tonerdegehalt unter einen Grenzwert absinkt, werden die Arbeitsbedingungen der Elektrolysezelle modifiziert, der Kryolith zerfällt und ruft die Ausbildung einer Gashaut hervor, welche die Anode elektrisch isoliert: die Elektrolysezelle ist polarisiert. Dem wird durch Nachbeschicken mit Tonerde abgeholfen.

Durch das Abbrennen der Anode werden Abgase erzeugt, in denen als Gaskomponenten beispielsweise Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Schwefeldioxid, Fluorwasserstoff, weiterhin Ruß- und Tonerdeteilchen sowie Fluorverbindungen enthalten sind. Diese Abgase werden durch einen sogenannten Primärkreis aufgefangen, der durch eine Haube gebildet ist, welche, eine nach unten offene Leitung darstellend, am Mantel der Anode befestigt ist und auf dessen ganzer Länge verläuft. An wenigstens einem Ende der Elektrolysezelle werden die mit dieser Haube aufgefangenen Abgase einem oder zwei Brennern zugeleitet, die von einem vertikalen Rohr mit Lufteintrittslöchern gebildet

5098A3/0660

- 3 - 46

sind und in denen die Rußteilchen gleichzeitig mit dem Kohlenmonoxid verbrannt werden. Im Anschluß an die Verbrennung werden die Rauchgase in einen Behandlungskreis abgesaugt.

Im Verlaufe der Elektrolyse sondert die Badschmelze fluorhaltige Rauch- oder Abgase ab, in denen Tonerdeteilchen mitgeführt werden. Bei der Polarisierung der Elektrolysezelle kommt zu diesen Abgasen eine sehr starke Ausscheidung von fluorhaltigen Stoffen hinzu, bei der Tonerdestaub mitgerissen wird. Es ist bis heute nicht möglich gewesen, in den Primärkreis die Gesamtheit dieser durch die Elektrolyse abgeschiedenen Abgase abzuleiten, so daß ein nicht unbedeutender Teil in die Atmosphäre der Werkshalle austritt, die somit vor ihrer Absaugung ins Freie gereinigt werden muß. Da der Anteil an schädlichen Elementen in diesem sehr bedeutenden Luftvolumen sehr gering ist, sind für diese Reinigung umfangreiche und teure Einrichtungen erforderlich. Die Reinigung bleibt dennoch unvollkommen und außerdem ist das Arbeiten in der Atmosphäre der Werkshalle beschwerlich.

Bei Elektrolysezellen mit einer Mehrzahl von vorgebrannten Anoden werden die bei der Elektrolyse abgesonderten Gase mit die Elektrolysezellen überdeckenden Abdeckungen aufgefangen. Unter der Abdeckung wird ein verhältnismäßig kleines Luftvolumen aufgefangen, das jedoch sehr stark mit schädlichen Stoffen belastet ist. Seine Reinigung ist leicht durchzuführen. Es ist bis heute nicht möglich gewesen, derartige Vorrichtungen in Verbindung mit den Elektrolysezellen mit Söderberg-Anode zu verwenden, da bei der Verkokung der Anode sehr große Mengen an Ruß und Teer entstehen, die sich in den zu den Reinigungsanlagen führenden Abgasleitungen niederschlagen und diese verstopfen. Andererseits ergibt sich bei Verwendung mehrerer vorgebrannter Anoden, mit ihren Aufhängestangen, eine Geometrie, die von der Geometrie einer Söderberg-Anode zu sehr unterschiedlich ist, als daß eine einfache Anpassung der bei den ersteren vorgesehenen Abdeckung möglich wäre. Abgesehen von seiner an der Berührungsstelle mit dem Elektrolyten

509843/0660 _/4

46 092

stattfindenden Oxidation verändert sich das durch ein Aggregat von vorgebrannten Anoden gebildete anodische System nicht, während an einer Söderberg-Anode, die, wie erläutert wurde, während des Elektrolysevorganges gebrannt wird, komplexe Erscheinungen auftreten. Die Temperaturverteilung in der Kohlenmasse muß beibehalten werden. Man war daher gezwungen, die von einer Kruste und einer Tonerdeschicht bedeckte Badoberfläche unabgedeckt zu lassen und den durch den Primärkreis nicht aufgefangenen Teil der Abgase in die Atmosphäre der Werkshalle austreten zu lassen, auf die Gefahr hin, unter Inkaufnahme der weiter oben beschriebenen Nachteile die Gesamtheit dieser Atmosphäre in einem unter dem Dach angeordneten Auffangkreis reinigen zu müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, denen die vorbeschriebenen Nachteile nicht anhaften.

Diese Aufgabe besteht insbesondere bei einem Verfahren zum Auffangen der bei der Herstellung von Aluminium in einer Elektrolysezelle mit kontinuierlicher Anode entstehenden Abgase, wobei die Anode von einer Kohlemasse gebildet ist, die von einem Mantel umhüllt und in das Elektrolysebad eingetaucht ist, das in einer an ihrer Unterseite durch eine Kathode abgeschlossenen Wanne enthalten ist, und wobei der Mantel an seinem unteren Ende eine Haube aufweist, die einen Primärkreis zum Auffangen der während der Elektrolyse entstehenden Gase und Stäube bildet.

Die Aufgabe ist bei einem solchen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Oberfläche des Elektrolysebades an jeder der beiden Längsseiten der Elektrolysezelle durch eine bewegliche Längsseitenwand abgedeckt wird, wobei deren obenliegende Kante am Mantel der Anode abdichtend zur Anlage gebracht wird, unter Belassung eines Lufteinlasses zwischen der untenliegenden Kante der Längsseitenwand und der Elektrolysewanne, und an jeder der Schmalseiten, genannt Stirnseiten der Elektrolysezelle, durch eine feststehende Abdeckung, die seitlich

509843/0660

- 46 092

durch die beiden Längsseitenwände dicht abgeschlossen ist, und daß unter wenigstens einer der feststehenden Abdeckungen die Oberflächengase abgesaugt werden, d.h. an der Oberfläche des Elektrolysebades abgeschiedene und voiti Primärkreis nicht aufgefangene Gase und Stäube sowie die entlang der untenliegenden Kante der Längsseitenwand eindringende Luft.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des erfxndungsgemäßen Verfahrens, zum Auffangen der bei der Herstellung von Aluminium in einer Elektrolysezelle mit kontinuierlicher Anode entstehenden Abgase, wobei die Anode von einer Kohlemasse gebildet ist, die von einem Mantel umhüllt und in ein Elektrolysebad eingetaucht ist, das in einer an ihrer Unterseite durch eine Kathode abgeschlossenen Wanne enthalten ist, und mit einer Abdeckung.

Eine solche Vorrichtung zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß zur Abdeckung an jeder der beiden Längsseiten der Elektrolysezelle eine bewegliche Längsseitenwand gehört, die die Oberfläche des Elektrolysebades zwischen dem Mantel der Anode und der Wanne abdeckt und an ihrer obenliegenden Kante eine Abdichtung trägt, während ihre untenliegende Kante in geringem Abstand vom Rand der Wanne angeordnet ist, um einen kleinen Lufteinlaß zu erhalten, sowie an jeder der beiden Stirnseiten der Elektrolysezelle ein an dieser angebrachtes feststehendes Teil, das seitlich unter Zwischenschaltung der Dichtungen durch die Längsseitenwände abgeschlossen ist, wobei der über der Stirnseite der Elektrolysezelle durch die feststehenden Teile der Abdeckung und die Längsseitenwände begrenzte Raum durch eine Rohrleitung an eine Einrichtung' zur Behandlung der Oberflächengase angeschlossen ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbexspxels mit weiteren Einzelheiten erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig.1 einen Querschnitt in einer vertikalen Schnittebene durch die Elektrolysezelle,

509843/0660 /6

- 6 - 46 092

Pig. 2 einen Längsschnitt in einer vertikalen Schnittebene durch einen stirnseitigen Teil der Elektrolysezelle,

Fig. 3 eine Seitenansicht einer teilweise in Längsrichtung·.geschnittenen. ■■ Elektrolysezelle in einer industriellen Ausbildungsform,

Pig. 4 in der linken Zeichnungshälfte einen Querschnitt in einer vertikalen Schnittebene und, in der rechten Zeichnungshälfte, einen Aufriß mit Blickrichtung auf die Stirnseite der Elektrolysezelle,

Fig. 5 einen vereinfachten Schnitt zur Erläuterung der Bewegungen einer.Längsseitenwand,

Fig. 6 eine Seitenansicht im Aufriß einer G-elenkstange mit Gegengewicht,

Fig. 7 eine Draufsicht auf die in Pig. 6 dargestellte Gelenkstange,

Fig. 8 eine Seitenansicht im Aufriß einer Gelenkstange ohne Gegengewicht,

Fig. 9 eine Draufsicht auf die in Fig. 8 dargestellte Gelenk stange,

Fig. 10 eine Seitenansicht im Aufriß einer gekröpften Kurbelstange,

Fig. 11 eine Draufsicht auf die in Fig. 10 dargestellte Kurbelstange,

Fig. 12 und 13 Ansichten der beiden an einer Stirnseite der Elektrolysezelle angeordneten Gasauffangkreise zur weiteren Erläuterung des in der linken Zeichnungshälfte der Fig. 3 dargestellten Teils der Elektrolysezelle.

509843/0660

- 7 - 46 092

Eine Elektrolysezelle zur Elektrolyse von Tonerde mit einer als Söderberg-Anode bezeichneten kontinuierlichen Anode weist eine Wanne 1 auf, deren Boden 2 elektrisch leitend ist und die Kathode bildet. Die Anode ist von einer Kohlemasse 3 gebildet, die in einem Mantel 4 aufgenommen ist, welcher an seinen beiden waagerechten Basen offen ist. In die Kohlemasse 3 sind Kontaktbolzen 5 eingesetzt, von denen jeder mit einer Zange 6 an einer elektrischen Strom führenden Stromschiene 7 festgeklemmt ist. Diese Stromschienen 7, von denen im allgemeinen zwei vorhanden sind, verlaufen in Längsrichtung über der Elektrolysezelle und dienen gleichzeitig zur elektrischen Stromversorgung und zur mechanischen Aufhängung der Anode. Sie sind an einen oberen Aufbau 8 angehängt und über einen Motor 9 in vertikaler Richtung parallelverstellbar, damit im Mantel 4 die Kohlemasse 3 nach Maßgabe des Abbrandes an ihrem unteren Teil abgesenkt werden kann. Die Wanne 1 enthält ein Elektrolysebad 10, durch dessen Temperatur, die zwischen 950 und 1050 C beträgt, das Brennen oder Backen der KohlemaBe 3 erfolgt. An den Berührungsstellen mit den kalten Seitenwänden der Wanne 1 erstarrt das Elektrolysebad 10 unter Ausbildung einer isolierenden Böschung 11, die eine Wärmeisolierung bildet. Die Oberfläche selbst des Elektrolysebases 10 ist erstarrt und bildet eine sehr harte Badkruste, die ständig mit Tonerde abgedeckt gehalten wird. Die Versorgung des Elektrolysebades 10 mit Tonerde geschieht durch Aufbrechen der Badkruste, wodurch die die Badkruste bedeckende Tonerdeschicht zum Teil in das Elektrolysebad 10 fällt. Die abdeckende Tonerdeschicht wird dann wieder erneuert.

Am unteren Ende des Mantels 4 ist ein Bodengas-Sammelkreis oder Primärkreis befestigt, zu dem eine sich über die ganze Umfangslänge des Mantels 4 erstreckende durchgehende Haube 12 gehört. Diese fängt die Verbrennungsprodukte der Anode auf. An wenigstens einer der Stirnseiten der Elektrolysezelle mündet die Haube 12 in einen von einem Rohr 13 mit Lufteintrittslöchern 14 gebildeten Brenner, in dem die von der Haube 12 aufgefangenen KohleStaubteilchen und brennbaren Gase verbrannt werden. Die Abgase werden in ein Sammelrohr 15 abgesaugt.

509843/0660

- 8 - 46 092

Durch die Oberfläche des Elektrolysebades werden weitere Stäube und weitere gasförmige Produkte abgeschieden, die sich normalerweise mit der Umgebungsluft vermischen.

Es ist versucht worden, unter entsprechender Anpassung der für Elektrolysezellen mit vorgebrannten Anoden gefundenen Lösungen die letztgenannten Produkte mit einer Abdeckung über der Oberfläche der Elektrolysezelle aufzufangen. Aus den weiter oben angegebenen Gründen sind diese Versuche mißlungen.

Erfindungsgemäß ist eine Abdeckung vorgesehen, die nur den Umfangsteil der Elektrolysezelle, der sich zwischen dem Mantel 4 der Anode und der Wanne 1 befindet, abdeckt. Der obere Teil der Anode, in den die Kontaktbolzen 5 eingesetzt sind, bleibt frei. Die gesamte Abdeckung ist mit dem Mantel 4 verbunden und macht dessen Bewegungen mit.

Diese Abdeckung weist an den Längsseiten der Elektrolysezelle zwei bewegliche Längsseitenwände 16 auf, die in eine über der Anode 3»4 liegende Stellung 16* hochklappbar sind, um die Bedienung der Elektrolysezelle zu ermöglichen, und an den Stirnseiten der Elektrolysezelle feststehende Abdeckungen 17 in Form von feststehenden Teilen, die sich mit der Längsseitenwand 16 seitlich dicht abschließen lassen.

Die Gassammeivorrichtung weist außer dem bereits beschriebenen Primärkreis, der von der Haube 12, dem Rohr 13, de» Lufteintrittslöchern 14 und dem Sammelrohr 15 gebildet ist, einen als Sekundärkreis bezeichneten Sammelkreis für Oberflächengase auf, zu dem ein am oberen Teil des Mantels 4 angeordneter Sammler 18 gehört und der die Oberflächengase auffängt, d.h. die Gase und Stäube, die an der Oberfläche des Elektrolysebades abgeschieden werden. Zu diesem Zweck ist der Sammler 18 in seinem unteren Teil mit Löchern versehen. Er steht mit dem Raum in Verbindung, der über den Stirnseiten der Elektrolysezelle von der feststehenden Abdeckung 17 und den Längsseitenwänden 16 begrenzt ist.

509843/0660 /9

- 9 - 46 092

Die einerseits vom Primärkreis und andererseits vom Sekundärkreis aufgefangenen Gase und Stäube werden getrennten Reinigungs- und Rückgewinnungseinrichtungen zugeleitet, wo sie aufgrund ihrer hohen Konzentration in optimaler Weise behandelt werden.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Oberflächengase den gasförmigen Sauerstoffträger für den Brenner des Primärkreises bilden, wodurch die Konzentration der Abgase noch erhöht wird.

Es ist wichtig, daß die Längsseitenwand 16 entlang ihrer obenliegenden Längskante und entlang ihrer Seitenkanten dicht abschließt. Sie weist daher an ihren Kanten eine Dichtung 19 auf. An ihrer untenliegenden Längskante muß sie jedoch eine bestimmte Menge Luft durchlassen, um die Ansaugung der oberflächengase zu ermöglichen. Diese Kante ist daher mit keinerlei Dichtung versehen und in einem geringen Abstand vom Rand der Wanne 1 so angeordnet, daß dieser Luftdurchtritt möglich ist.

Nach dieser Erläuterung des prinzipiellen Aufbaues sei nun ein industrielles Ausführungsbeispiel beschrieben.

Die Elektrolysezelle mit Söderberg-Anode weist an jeder ihrer Längsseiten einen freien Raum auf, der zwischen dem Mantel 4 der Anode und der Wanne 1 der Elektrolysezelle liegt. Jeder dieser Räume ist mit einer beweglichen Längsseitenwand 16 abgedeckt, die an ihrer Außenseite mit einem im Querschnitt rechteckigen Versteifungsprofil 20 versehen ist.

An beiden Enden ihrer untenliegenden Kante ist die Längsseitenwand 16 gelenkig an eine Gelenkstange 21 bzw. 22 angeschlossen. Jede dieser Gelenkstangen 21 und 22 ist an ihrem anderen Ende um eine Achse 23 bzw. 24 schwenkbar, die mit dem Mantel 4 der Anode fest verbunden ist. Die eine dieser Gelenkstangen, 21, ist mit einem Gegengewicht 25 versehen. Die zu den beiden Längsseitenwänden 16 gehörenden Gelenkstangen 21 mit Gegengewicht 25 sind an derselben Seite der Anode

Β098Λ3/0660 /10

- 10 - 46

angeordnet. Die Antriebsvorrichtung für die Längsseitenwände 16 befindet sich an der anderen Seite der Anode, d.h. an der Stirnseite der Elektrolysezelle, an der keine Gegengewichte vorgesehen sind.

An der letztgenannten Stirnseite der Elektrolysezelle ist die Längsseitenwand 16 an einem Ende des Versteifungsprofils 20 mit einem Gelenk 26 an eine Kurbel 27 angeschlossen, die ihrerseits über eine Achse 28 gelenkig mit einer gekröpften Kurbelstange 29 verbunden ist. Deren freies Ende vermag um eine Achse 30 zu schwenken, die mit dem Mantel 4 der Anode fest verbunden und in der Längsaehsenebene 31 des Mantels 4 angeordnet ist. An diese Kurbelstange 29 ist weiterhin in einem Gelenk 32 das verstellbare Teil 33 eines Arbeitszylinders angeschlossen, dessen feststehendes Teil 34 gelenkig an einer Achse 35 aufgenommen ist, welche mit dem oberen Aufbau 8 der Elektrolysezelle fest verbunden ist.

Die mit dem Gegengewicht 25 versehene Gelenkstange 21 ist stoffschlüssig mit einer rohrförmigen Versteifung 36 von großer Starrheit verbunden. Die andere Gelenkstange 22 ist an dieser Versteifung 36 über ein Gelenk 37 befestigt. Diese Versteifung 36 trägt Gelenke 38, die zur anderen Seite hin fest mit der Längsseitenwand 16 verbunden sind. Jede der Gelenkstangen 21 und 22 kann eine Führungsrolle 39 bzw. 40 tragen.

Die gekröpfte Kurbelstange 29 ist aus zwei Teilen 41 und 42 zusammengesetzt, die in Winkelanordnung stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Die Kurbelstangen 29 für beide Längsseitenwände 16 sind in derselben vertikalen Ebene angeordnet, wobei die eine in einem einzigen Lagerbock 43 und die andere in zwei flachen Lagerböcken44 endet, die den Lagerbock 43 umgreifen. Die Achse 30 ist an einer Stützplatte 45 montiert, welche mit dem Mantel 4 fest verbunden ist.

Die Längsseitenwand 16 ist an ihrer obenliegenden Längskante und an ihren beiden Seitenkanten mit einer Dichtung 19 versehen.

5098^3/0660

/11

- 11 - 46 092

An ihrer untenliegenden Längskante dagegen ist ein Spiel von einigen Millimetern vorgesehen, damit Luft angesaugt werden kann. Die Längsseitenwand 16 ist stark verrippt, um ein starres und nicht verformbares Bauteil zu erhalten. An den Seitenkanten trägt die Längsseitenwand 16 Seitenteile 46, die an den an den Stirnseiten der Elektrolysezelle montierten feststehenden Teilen 17 der Abdeckung zur Anlage bringbar sind. Das seitliche Stück der Abdichtung 19 ist an diesen Seitenteilen 46 angebracht.

In den Figuren sind die Längsseitenwand und die zugehörigen Bauteile in der oberen Stellung durch Bezugszeichen mit Strichindex bezeichnet. So ist die Längsseitenwand in der unteren Stellung mit 16, in der oberen Stellung mit 16' bezeichnet. Das bewegliche Teil des Arbeitszylinders trägt in der ausgefahrenen Stellung das Bezugszeichen 33» in der eingefahrenen Stellung das Bezugszeichen 33*» da durch die letztgenannte Stellung die obere Stellung der Längsseitenwand bestimmt ist.

Zu den an den Stirnseiten der Elektrolysezelle montierten feststehenden Teilen 17 der Abdeckung gehören jeweils ein sehr kräftiges vertikales Außenteil 47, ein waagerechtes oberes Teil 48 und ein waagerechtes unteres Teil 49 als Doppel zum Teil 48. Zwischen den beiden letztgenannten Teilen 48 und 49 befindet sich ein freier Raum, der einen Teil des Sammlers für die an der Oberfläche des Elektrolysebades abgeschiedenen Gase bildet. Dieser Sammler 18 weist an seinem unte*en Teil Löcher 50 auf, die das Ansaugen der Gase und Feststoffteilchen gestatten. Alle diese Teile 47, 48, 49 und 18 sind fest mit dem Mantel 4 verbunden. Die Achsen 23, 24 und 3 0, um die die Kurbelstangen 29 und die Gelenkstangen 21,22 der Längsseitenwände 16 schwenken, sind am vertikalen Außenteil 47 befestigt. Diese feststehenden Teile 17 sind seitlich durch das Seitenstück der Längsseitenwände 16 abgeschlossen. Das vertikale Außenteil 47 hat im übrigen eine Verlängerung in Gestalt des Seitenteils 46 der Längsseitenwand 16.

509843/0660 /12

- 12 - 46 092

Zwischen dem Mantel 4 der Anode und dem vertikalen Außenteil 47 der Abdeckung an der Stirnseite der Elektrolysezelle ist der Primärsammelkreis angeordnet. Zu diesem gehört die am unteren Teil des Mantels 4 befestigte Haube 12. An deren einer Stirnseite der Elektrolysezelle entsprechendem. iDeil ist ein Anschlußstutzen 51 befestigt. Mit diesem ist fest der Brenner 13 verbunden, der über die Löcher 14 mit gasförmigem Sauerstoffträger versorgt wird. Über diesem Brenner 13 ist das Abgassammelrohr 15 angeordnet, zu dem ein vertikales Rohr 52 gehört, das die waagerechten Teile 48 und 49 der feststehenden Abdeckung an der Stirnseite der Elektrolysezelle durchdringt und über ein Kniestück 53 an einen Abzugsschacht 54 angeschlossen ist.

Die Oberflächengase sind unter der durch die Längsseitenwände 16 gebildeten beweglichen Abdeckung und unter der feststehenden Abdeckung 17 eingeschlossen. Sie werden über einen waagerechten Sammler 55 angesaugt, der von einem im Querschnitt quadratischen Rohr gebildet ist, welches am oberen Teil des Mantels 4 der Anode befestigt und mit Löchern 50 versehen ist. Das Sammlerrohr 55 steht mit einem Raum 56 zwischen den waagerechten Teilen 48 und 49 der feststehenden Abdeckung 17 an der Stirnseite der Elektrolysezelle in Verbindung. Dieser Raum 56 ist über ein vertikales Rohr 57 und ein Kniestück 58 an einen ringförmigen Raum 59 angeschlossen. Der Raum 59 befindet sich zwischen dem Abzugsschacht bzw. vertikalen Rohr 54 und einem vertikalen Rohr 60, welches das erstere außen umschließt und mit diesem koaxial angeordnet ist. Das vertikale Rohr 54 und der ringförmige Sammelraum 59 sind an eine Einrichtung angeschlossen, in der die Luft gereinigt wird und die der Rückgewinnung der Tonerde und der fluorhaltigen Stoffe dient, welche in den aufgefangenen Gasen und Teilchen enthalten sind.

Jede Längsseitenwand 16 bildet mit ihrem Versteifungsprofil und ihrer rohrförmigen Versteifung 36 und auch dank ihrer zahlreichen Versteifungsrippen 61 ein Bauteil von sehr großer Starrheit. Dadurch ist es möglich, für jede Längsseitenwand

509843/0660

nur eine Kurbelstange 29 und nur einen Arbeitszylinder 33,34 einzusetzen. Selbstverständlich ist es möglich, am zweiten Ende jeder Längsseitenwand 16 eine zweite Kurbelstange 29 und, wenn gewünscht, einen zweiten Arbeitszylinder 33»34 vorzusehen, so daß die Seitenwände 16 symmetrisch angetrieben werden können.

Wenngleich die feststehenden !Teile 17 der Abdeckung, d.h. das vertikale Außenteil 47 und die waagerechten Teile 48 und 49 an beiden Stirnseiten der Elektrolysezelle zwingend vorhanden sein müssen, ist es auch möglich, den Primär- und den Sekundärsammelkreis entweder nur an der einen oder ebenfalls an beiden Stirnseiten vorzusehen. Wie in Pig. 12 und 13 zuerkennen, sind die vertikalen Rohre 54 und 60 der hinteren Stirnseite der einen Elektrolysezelle und der vorderen Stirnseite der benachbarten Elektrolysezelle gemeinsam zugeordnet.

Die Längsseitenwände 16 sind durch die Wirkung des Arbeitszylinders 33,34 in eine obere Stellung 16' hochklappbar. Diese Bewegung, bei der die Längsseitenwand 16 ständig an der Anode und am oberen Aufbau 8 anliegt, läuft so ab, daß dabei der für die Bedienungseinrichtungen notwendige Freiraum an der Wanne 1 nicht eingeschränkt wird. Außerdem besteht keine Gefahr, daß die Längsseitenwand 16 das Bedienungspersonal verletzt. Sobald sich die Längsseitenwand 16 in der oberen Stellung 16' befindet, ist der über dem Elektrolysebad liegende Raum entlang der Längsseitenkanten der Wanne 1 völlig frei zugänglich, so daß das Krustenbrechen und die Beschikung ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen vorgenommen werden können. An den Stirnseiten der Elektrolysezelle ist der freie Raum hinter dem Rohr 13 und unter dem Teil 48 ausreichend groß, damit ein mechanischer Krustenbrecher und die Rutsche der Tonerde-Beschikungsvorriehtung der automatischen Bedienungseinrichtungen eingeführt werden können.

Die mit einer Abdeckung versehene Elektrolysezelle gestattet eine völlige Trennung der Funktionen Auffangen, durch den

509843/0660

/14

ORIGINAL INSPECTED

Primär- und den Sekundärsammelkreis, und Werkshallenbelüftung. Die unter die Abdeckung angesaugte Luft, beispielsweise 1000 l/s, teilt sich in zwei deutliche Teilmengen, nämlich 200 l/s für den Primärkreis, d.h. für den Brenner 13, und 800 l/s, die durch den Sekundärkreis unter der Abdeckung angesaugt werden. Zum Vergleich sei auf die klassische lösung der nicht abgedeckten Elektrolysezelle hingewiesen, bei der die an der Oberfläche des Elektrolysebades abgeschiedenen Gase und Feststoffteilchen in die Atmosphäre der Werkshalle ausgestoßen und unter dem Dach aufgefangen werden. Hier beträgt der Luftbedarf je Elektrolysezelle zwischen 15 und 20 r/s. Die Auffangleistung des Primärkreises wird deutlich besser, da die Luft als Sauerstoffträger unter der Abdeckung entnommen wird und somit selbst eine bestimmte Menge Fluor enthält. Die Auffangleistung des Primärkreises ist somit verbessert, was für die Gesamtauffangleistung sehr wichtig ist, Die Reinigung der unter der Abdeckung abgeschiedenen Gase, deren Konzentration zehn- bis zwanzigmal höher ist als bei den klassischen nicht abgedeckten Elektrolysezellen mit Absaugung unter dem Dach, gestaltet sich viel leichter, ist viel wirksamer und sehr viel billiger. Beispielsweise wurden bei einer Werkshalle bei Anordnung unter dem Dach 33 Gaswäscher mit einer Leistung von 70 m/s benötigt. Nach Abdeckung der Elektrolysezellen werden in derselben Werkshalle nurmehr 7 Gaswäscher mit einer Leistung von 15 m/s benötigt. Bei der Reinigungsleistung ergab sich eine starke Verbesserung.

Die Belüftung einer Werkshalle mit abgedeckten Elektrolysezellen läßt sich im Hinblick auf eine Verbesserung der Arbeitsbedingungen auslegen, ohne daß dabei jene Beschränkungen berücksichtigt werden müssen, die sich bei Verwendung von nicht abgedeckten Elektrolyse zellen aus der Notwendigkeit ergeben, die Werkshallenluft in Gaswäschern zu reinigen. Die Abdeckung bringt zusätzlich die folgenden Vorteile:

- verbesserter Zug in den Abzugsrohren durch natürliche Ansaugung,

- deutlich geringerer Kohlenmonoxidgehalt,

5 09843/0660 /¹5

46 092

Schutz benachbarter Elektrolysezellen gegen Strahlung durch die Abdeckung,

Senkung der Umgebungstemperatur um 6 bis 7⁰C, unter Berücksichtigung der Kosten für die Abdeckung um 25% geringere Investitionen für die Gasreinigungseinrichtungen,

um die Hälfte verringerter Energiebedarf für die Gaswäsche, bessere Reinigung der ins Freie ausgestoßenen Luft und dadurch eine geringere Luftverschmutzung.

509843/0660 _Pa

Patentansprüche -*

Claims

1A-46 092 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Auffangen der bei der Herstellung von Aluminium in einer Elektrolysezelle mit kontinuierlicher Anode entstehenden Abgase, wobei die Anode von einer Kohlemasse gebildet ist, die von einem Mantel umhüllt und in das Elektrolysebad eingetaucht ist, das in einer an ihrer Unterseite durch eine Kathode abgeschlossenen Wanne enthalten ist, und wobei der Mantel an seinem unteren Ende eine Haube aufweist, die einen Primärkreis zum Auffangen der während der Elektrolyse entstehenden Gase und Stäube bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Elektrolysebades an jeder der beiden Längsseiten der Elektrolysezelle durch eine bewegliche Längsseitenwand abgedeckt wird, wobei deren obenliegende Kante am Mantel der Anode abdichtend zur Anlage gebracht wird, unter Belassung eines Lufteinlasses zwischen der untenliegenden Kante der Längsseitenwand und der Elektrolysewanne, und an jeder der Schmalseiten, genannt Stirnseiten der Elektrolysezelle durch eine feststehende Abdeckung, die seitlich durch die beiden Längsseitenwände dicht abgeschlossen ist, und daß unter wenigstens einer der feststehenden Abdeckungen die Oberflächengase abgesaugt werden, d.h. an der Oberfläche des Elektrolysebades abgeschiedene und vom Primärkreis nicht aufgefangene Gase und Stäube sowie die entlang der untenliegenden Kante der Längsseitenwand eindringende Luft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die durch den Primärkreis aufgefangenen Gase und Stäube verbrannt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächengase bei dieser Verbrennung den gasförmigen Sauerstoffträger bilden.

509843/0660

/2

- er - 46 092

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, zum Auffangen der bei der Herstellung von Aluminium in einer Elektrolysezelle mit kontinuierlicher Anode entstehenden Abgase, wobei die Anode von einer Kohlemasse gebildet ist, die von einem Mantel umhüllt und in ein Elektrolysebad eingetaucht ist, das in einer an ihrer Unterseite durch eine Kathode abgeschlossenen Wanne enthalten ist, und mit einer Abdeckung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdeckung an jeder der beiden Längsseiten der Elektrolysezelle eine bewegliche Längsseitenwand (16) gehört, die die Oberfläche des Elektrolysebades (10) zwischen dem Mantel (4) der Anode und der Wanne (1) abdeckt und an ihrer obenliegenden Kante eine Dichtung (19) trägt, während ihre untenliegende Kante in geringem Abstand vom Rand der Wanne (1) angeordnet ist, um einen kleinen Lufteinlaß zu erhalten, und an jeder der beiden Stirnseiten der Elektrolysezelle ein an dieser angebrachtes feststehendes Teil (17), das seitlich unter Zwischenschaltung der Dichtungen (19) durch die Längsseitenwände (16) abgeschlossen ist, wobei der übercer Stirnseite der Elektrolysezelle durch die feststehenden Teile (17) der Abdeckung und die Längsseitenwände (16) begrenzte Raum durch eine Rohrleitung (vertikales Rohr 57) an eine Einrichtung zur Behandlung der Oberflächengase angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (4) der Anode an seinem oberen Teil einen Abgassammler (18) aufweist, an dem sich die an der obenliegenden Kante der Längsseitenwand (16) angebrachte Dichtung (19) abstützt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, zur Verwendung in Verbindung mit einer Elektrolysezelle mit kontinuierlicher Anode, deren Mantel an seiner Basis auf ganzer Umfangslänge mit einer durchgehenden Haube versehen ist, die an wenigstens einer Stirnseite der Elektrolysezelle an einen Brenner angeschlossen ist, welcher von einem perforierten Rohr gebildet ist, wobei die Gesamtheit dieser Teile einen als Primärkreis

5098Λ3/0660

/3

- >- 46

bezeichneten Sammelkreis bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum, der über der. Stirnseite der Elektrolysezelle durch die feststehende Abdeckung (17) und die Längsseitenwände (16) begrenzt ist, das perforierte Rohr (13) enthält, und daß das letztere an eine Einrichtung zur Behandlung der Gase des ^amme!kreises angeschlossen ist, welche von der Einrichtung zur Behandlung der ober flächengase getrennt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 31 dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Längsseitenwand (16) an jedem Ende ihrer untenliegenden Kante gelenkig an eine Gelenkstange (21,22) angeschlossen ist, von denen jede um eine Achse (23 bzw. 24) schwenkbar ist, die fest mit dem Mantel (4) der Anode verbunden sind und von denen die eine (21) mit einem Gegengewicht (25) versehen ist, und an jeder ihrer Seitenkanten an eine Kurbel (27), die ihrerseits an einer Achse (28) gelenkig mit einer gekröpften Kurbelstange (29) verbunden ist, deren freies Ende um eine Achse (30) schwenkbar ist, die fest mit dem Mantel (4) der Anode verbunden ist und in deren Längsachsenebene (31) angeordnet ist, wobei die Kurbelstange (29) von einem Arbeitszylinder (33»34) angetrieben ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Gegengewicht (25) versehene Gelenkstange (21) an einer Versteifung (36) befestigt ist, daß die andere Gelenkstange (22) an dieser Versteifung (36) über ein Gelenk (37) befestigt ist, und daß die Versteifung (36) außerdem Gelenke (38) trägt, die an der anderen Seite an die Längsseitenwand (16) angeschlossen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsseitenwand (16) ein Versteifungsprofil (20) trägt, an dessen jedem Ende eine Kurbel (27) angelenkt ist, mit der die gekröpfte Kurbelstange (29) gelenkig verbunden ist.

5098A3/0660 /4

- ir- 46 092

9. Vorrichtung nach, einem der Ansprüche 3 his 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Längsseitenwände (16) an jeder ihrer Seitenkanten ein Seitenteil (46) trägt, das in der unteren Stellung der Längsseitenwand (16) das vertikale Teil (47) der feststehenden Abdeckung (17) verlängert, wobei das Seitenteil (46) an der Berührungsstelle mit dem vertikalen Teil (47) mit einer Dichtung (19) versehen ist.

509843/0660

%0

Leerse ite