DE2805374C2 - Verfahren zur Gewinnung von Aluminium durch Schmelzflußelektrolyse - Google Patents

Description

Es sind im wesentlichen zwei Verfahren zur schmelzflußelektrobtischen Gewinnung von Aluminiumbekannt.

Das erste Verfahren beruht auf der Elektrolyse von Aluminiumoxid, das in geschmolzenem Kryolith bei Temperaturen von 950—970⁰C gelöst wird. Außer Kryolith ist bislang kein anderes Salz gefunden worden, dessen Lösungsvermögen für Aluminiumoxid ausreicht, um damit unterhalb 1000⁰C Aluminium durch Elektrolyse zu gewinnen. In den technisch betriebenen Elektrolysezellen schwankt der Aluminiumoxidgehalt zwischen rd. 2 und 8 Gew.-%. Bei zu niedrigen Aluminiumoxidgehalten in der Kryolithschmelze, z. B. unter 1—2%, tritt an der Anode der sogenannte Anodeneffekt auf, der sich in einer mehrfach erhöhten Zellenspannung äußert. Die Anode und Kathode bestehen aus Kohlenstoff. Der aus der Aluminiumoxidzersetzung freiwerdende Sauerstoff setzt sich mit dem Kohlenstoff der Anode zu Kohlendioxid und Kohlenmonoxid um. Dabei werden im Falle vorgebrannter Kohlenstoffanoden etwa 0.43 bis 0,50 kg Kohlenstoff pro kg erzeugtes Aluminium verbraucht.

Das zweite Verfahren betrifft die Schmelzflußelektrolyse von Aluminiuinchlorid. Da das Aluminiumchlorid bei 183°C sublimiert und ein schlechter lonenleiter ist. wird es gewöhnlich in Alkalichloridschmelzen gelöst. Um das Aluminium flüssig abzuscheiden, wählt man Elektrolysetemperaturen von ca. 700⁰C. Als Anoden- und Kathodenmaterial wird hauptsächlich Graphit verwendet. An der Graphitanode wird gasförmiges Chlor abgeschieden. Zur Durchführung der Aluminiumchloridelektrolyse sind mehrere Verfahrensvorschläge gemacht worden.

Die Aluminiumchloridelektrolyse ist mit einer Reihe von Schwierigkeiten behaftet. Zunächst bedeutet die Erfassung und Ableitung des an der Anode entwickelten gasförmigen Chlors bei ca. 700'C ein werkstoff technisches Problem. Der Dampfdruck des in der Salzschmelze gelösten Aluminiumchlorids ist relativ hoch, so daß bei der Absaugung des Chlorgases auch Aluminiumchlorid in merklichen Mengen aus der Zelle entfernt wird. Mit zunehmender Aluminiumchloridkonzentration in

der Schmelze fällt die elektrische Leitfähigkeit ab. Die Zufuhr von Aluminiumchlorid, das gasförmig anfällt, in die Salzschmelze ist ebenfalls schwierig zu bewerkstelligen. Das Aluminiumchlorid und die Salzschmelze müssen erfahrungsgemäß frei sein von oxidischen Verunreinigungen, denn infolge der Zersetzung der Oxide wird Kohlenstoff der Graphitanoden verbraucht und damit die Beständigkeit herabgesetzt. Ein besonderer Nachteil ist es jedoch, daß es bisher nicht in einfacher Weise gelungen ist, aus den Aluminiumerzen, z. B. aus Bauxit, durch reduzierende Chlorierung direkt reines Aluminiumchlorid herzustellen. Es ist deshalb vorgeschlagen worden, zunächst nach dem bekannten Bayer-Prozeß reines Aluminiumoxid zu erzeugen und dieses anschließend mit Chlor und Kohlenstoff bzw. Phosgen zu Aluminiumchlorid und Kohlendioxid umzusetzen.

Der genannte Verfahrensweg führt zwar zu reinem Aluminium, beinhaltet aber eine zusätzliche Verfahrensstufe und ist dementsprechend aufwendiger.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es. Aluminium durch Schmelzflußelektrolyse unter Verwendung eines überwiegend aus Chloriden bestehenden Elektrolyten zu gewinnen. Dabei sollen nicht nur die für die Aluminiumchloridelektrolyse und Aluminiumoxidelektrolyse beschriebenen Mangel vermieden, sondern außerdem noch auf die Herstellung von Aluminiumchlorid ais Ausgangsmaterial verzichtet werden.

Es wurde gefunden, daß durch Elektrolyse in einer Schmelze aus Alkalichloriden mit einer Anode, die sich aus Aluminiumoxid und Kohlenstoff zusammensetzt, Aluminium kathodisch mit relativ guter Stromausbeute erhalten wird, ohne daß dabei an der Anode Chlor oder Aluminiumchlorid freigesetzt werden. Für diesen Elektrolyseprozeß werden vorzugsweise Temperaturen von 700 bis 850⁰C angewendet. Die Salzschmelze enthält als Hauptkomponente Natriumchlorid mit Zusätzen von Kaliumchlorid, Lithiumchlorid oder Erdalkalichloriden. Eine Zugabe von 10—40% Kryolith oder anderen Alkali-, Erdalkali- oder Leichtmetallfluoriden empfiehlt sich, um das Aluminium infolge geringerer Oberflächenspannung gegenüber der Salzschmelze leichter zum Zusammenfließen zu veranlassen. Ferner ist es sinnvoll, die Elektrolyse mit einem kleinen AIClj-Gehah von 3—5% in der Salzschmelze in Gang zu bringen, weil andernfalls zu Anfang eine primäre Zersetzung von Alkalichlorid erfolg*.

Als Werkstoff für die sowohl am Boden als auch an den Seiten der Elektrolysezelle angeordnete Kathode haben sich Elektrographit und Titandiborid bewährt. Es so hängt von der Konstruktion der Elektrolysezelle ab, ob die Seitenwände der Zelle beispielsweise bei der Verwendung von Bipolarelektroden teilweise mit einem keramischen, elektrisch nicht leitenden Erzeugnis wie Magnesit- oder Korundsteinen ausgekleidet werden. Ein bevorzugter Dereich für die anodische Stromdichte sind 0,2—2 Ampere pro cm².

Das überraschende Moment der vorliegenden Erfindung ist, daß die reduzierende Chlorierung des Aluminiumoxids in der Anode und die elektrolytische Zerlegung des gebildeten Aluminiumchlorids gleichzeitig in stöchiornetfischen Verhältnissen ablaufen. Trotz recht geringen Oxidgehalts in der Elektrolytschmelze wurde auch bei einer über das Normalmaß angehobenen anodischen Stromdichte das eingangs erwähnte Phänomen des Anodeneffekts nicht beobachtet.

Im Vergleich zu den beiden bekannten Elektrolyseverfahren, der AICIj-Elektrolyse und der AI₂O)-Elektrolyse in Kryolith, lassen sich für das erfindungsgemäOe Verfahren folgende Vorteile aufzeigen: Die Handhabung und der Transport von ChW und Aluminiumchlorid entfallen. Der Aufwand lur die Apparate und Einrichtungen ist deshalb beachtlich kleiner. Chlor ist ein sehr korrosives Gas, insbesondere wenn es bei ca. 700⁰C in der AICI3-Elektrolysezelle aufgefangen werden muß. Aluminiumchlorid ist hygroskopisch, wird durch Luftfeuchtigkeit hydrolytisch in Hydroxid und Salzsäure gespalten und beansprucht als Sublimat viel Raum. Der Umgang mit Aluminiumchlorid und Chlor erfordert geschlossene, korrosionsbeständige Apparaturen. Daraus resultieren größere Investitions-, Betriebs- und Reparaturkosten.

Ferner befindet sich die Konzentration des als Zwischenprodukt auftretenden Ahiminiumchlorids in der Salzschmelze auf einem sehr niedrigen Niveau, so daß weder sein Dampfdruck noch seine ungünstige Beeinflussung der Leitfähigkeit der geschmolzenen Salze spürbar werden.

Ähnlich wie bei der AI₂Oj-Elektrolyse in der Kryolithschmelze wird an der Ano .·.* ein Anodengas aus Kohlendioxid und Kohlenmonoxid gebildet. Während sich aber die bekannte AbOj-Elektrolyse in Kryolith bei Badtemperaturen um 950⁰C abspielt, reichen für die Elektrolyse mit der AI2OJ —C-Anode in vorwiegend chlori-lischer Schmelze Arbeitstemperaturen von maximal 850⁰C, im Durchschnitt von 750⁰C aus. Die tieferen Elektrolystetemperaturen vermindern die Wärmeverluste und reduzieren den spezifischen Energieverbrauch. Die erfindungsgemäße Elektrolysezelle wird rohstoffseitig nur mit der kompakten Aluminiumoxid-Kohlenstoff-Anode als Elektrode versorgt, wobei sie diskontinuierlich in Blockform oder kontinuierlich in Strangform zugeführt werden kann. Im Gegensatz dazu muß man in der Elektrolyse mit der A^Oj-haltigen Kryolithschmelze die AI₂O₃-Konzentration im Elektrolysebad dadurch aufrechterhalten, daß in festgelegten Zeitabständeii durch Brechen der Oberflächenkrusten Aluminiumoxid in das Schmelzbad eingetragen wird. Die Bedienung der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle beschränkt sich auf das Wechseln der Anoden und das heraussaugen des abgeschiedenen Aluminiums. Die Verfahrensweise erlaubt, die Elektrolysezelle mit einem einfachen, wenig zu öffnenden Gehäuse einzukapseln.

Die als Teil der Erfindung zu verwendende Anode aus Aluminiumoxid und Kohlenstoff warf einige Probleme auf, deren Lösung eine wichtige Aufgabe war.

Die Anode müßte theoretisch aus 85% Aluminiumoxid und 15% Kohlenstoff bestehen, wenn bei der elektrochemischen Reduktion als Reaktionsgas Kohlendioxid gebildet wird. Die Abscheidung von Kohlenmonoxid würde eine Anode mit 74% AI₂Oj und 26% C voraussetzen. Die Entitehung von reinem Kohlenmonoxid iit jedoch aufgrund des Boudouard-Gleichgewichtes bei Temperaturen um 750° C nicht möglich, sondern nur ein CO₂-CO-Gasgemisch mit rd. 80% CO. Theoretisch kann als das Aluminiumoxid-Kohlenstoif-Verhältnis zwischen den Grenzen 5,66 : 1 und 3,4 : 1 liegen. Die vorr 100% abweichende Stromausbeute und ein geringfügiger Luftabbrand der Anoden erhöhen den Köhlenstoffverbraueh. Unter praktischen Elektrolysebedingungen entwickelt sich an der Anode ein überwiegend CO₂ enthaltendes Gas. Das Gewichtsverhältnis von AI₂Oj zu C kann in der Anode in einer Breite von 5:1 bis 3 :1 schwanken, ohne daß sich dadurch gravierende Störungen des Elektrolyseablaufs bemerkbar machen. Das sich selbst einstellende C

hältnis des Anodengases hat einen regulierenden Effekt. In den durchgeführten Versuchen wurde eine brauchbare Zusammensetzung der Anode aus 80Gew.-% AI2O) und 20 Gew.-% C, d. h. ein Gewichtsverhältnis von 4 : I angestrebt.

Der Volumenanteil des Kohlenstoffs in der AI₂Oj-C-Anode ist allerdings höher, weil die wahre Dichte des Kohlenstoffs ca. 2,00 g/cm¹ und die des Aluminiumoxids ca. 3,8 g/cm' beträgt. Daraus errechnet sich für das angegebene Gewichtsverhältnis von 4 : 1 ein Volumenanteil des Kohlenstoffs von 32,2%.

Fine Anode aus Aluminiumoxid und Kohlenstoff läßt sich /um Beispiel in der Weise herstellen, daß man feinteiliges Aluminiumoxid und/oder Aluminiumhydroxid mit Flektrodenpech mischt, zu einem Körper formt und unter Luftabschluß mit langsamer Aufheizgeschwindigkeit bis etwa 1000°C brennt. Die gebrannte •Muminiurnoxid-Kohlenstoff-Anode weist einen spezifischen elektrischen Widerstand von etwa 1000 Ω mm²/m auf. Eine Kohiensii-ffaiioue. wie sie für die Ai₂Oj-E!ektrolyse in geschmolzenem Kryolith verwendet wird, hat nur einen Widerstand von ca. 60 Ω mm²/m. Die AI₂Oj-C-Anode ist deshalb für einen langen Stromweg in der Anode nicht geeignet. Um den Spannungsabfall in der AbO)-C-Anode möglichst niedrig zu halten, ist es für das erfindungsgemäße Verfahren zweckdienlich, die AIiO₁-C-Anode mit einem Hilfsleiter aus Elektrographit zu kombinieren. Der elektrische Widerstand der Graphitelektroden liegt bei rd. lOfimm'/m und ist somit sechsmal kleiner als der einer gebrannten Kohlenstoffanode. Das Graphitmaterial kann mit .Stromdichten bis zu 10 A/cm² beaufschlagt werden. Will man zumindest anodische Stromdichten von 0,6 bis 1.0 A/em^: erzielen, wie sie in der AI₂O)-Elektrolyse mit Kohlenstoffanode und Kryolithschmclze üblich sind, so genügt es. daß für den Elektrographit ein leitender Querschniu von etwa einem Fünftel des Querschnitts der AI₂Oj-C-Anode vorgesehen wird. Die Verbundanode aus dem AI₂O₁-C-Körper und dem Graphitmaterial kann dann ähnlich wie eine vorgebrannte Kohlenstoffanode belastet werden, ohne eine Überhitzung oder einen ungünstigen Energieverbrauch befürchten zu müssen. Der gut leitende Graphitwerkstoff wird dem AI;Oi —C-Körper hauptsächlich parallel geschaltet. Das kann z. B. in der Art geschehen, daß sich der Graphit in Stab- oder Plattenform im Kern des AI;Oj — CKörpers befindet oder dem AI₂Oj-C-KOrper außen umfaßt.

Es hat sich nun überraschenderweise herausgestellt, daß der Hilfsleiter aus Elektrographit neben der AI₂Oj-C-Masse in der Elektrolysezelle nicht verbraucht wird. Der Elektrographit kann deshalb als Trägermaterial für die AI₂Oi-C-Masse wiederverwendet werden.

Zur Fertigung eines elektrisch leitenden, festen Formkörpers aus Aluminiumoxid und Pech gehört das Brennen in Tiefkammer-Ringöfen, eine Verfahrensstufe mit unbefriedigender Raum-Zeit-Ausbeute. Dieser Produktionsgang ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vermeidbar, wenn man aus Aluminiumoxid und geeigneten Teeren oder Pechen eine selbstbackende Söderbergmasse herstellt. Dabei ist es zweckmäßig, das leitfähige Hilfsmaterial aus Graphitelementen entweder in die AhOi-Pech-Masse einzubetten oder dieselbe damit zu umgeben. Schreitet der Verbrauch der Anode in der Elektrolysezelle fort, gelangt die Al2O3-Pech-Masse in zunehmend heißere Temperaturzonen, wird allmählich verkokt und mit den Graphitformteilen elektrisch und mechanisch verbunden. Die zur Anode führenden metallischen Stromleiter werden aus Gründen eines niedrigen Kontakt- oder Übergangswiderstandes an die Graphitelemente angeschlossen. Die metallenen Kontaktstücke und deren Halterungen sind so konstruiert, daß sie kontinuierlich und automatisch versetzbar sind.

In einer Söderbergmasse aus Aluminiumoxid und Pech ist es auch möglich, anstelle von Elektrographit als Hilfsleiter Aluminium zu verwenden. Zwar schmilzt das Aluminium schon ca. 100⁰C unterhalb der Elektrolysetcmperatur bei rd. 650⁰C ab, aber zwischen 550 und 650°C ist ein Stromübergang vom Aluminium zur AI₂Oj-C-Masse möglich.

is Die in und an der Anode freiwerdenden Gase werden durch Kapselung der Elektrolysezelle vollständig erfaßt, abgesaugt und einer Abgasreinigungsanlage zugeführt. Die nicht ganz vermeidbaren Chlor- und Salzverluste des Sehmelzflußelektrolyten werden dadurch ausgegli-

Λ) eilen, ciaG ein anueiswu eiM/iiinuiZcMcS SäiÄgcfiiiSCM aus Aluminiumchlorid und den entsprechenden Salzkomponenten des eingesetzten Elektrolyten der Zelle nach Bedarf ergänzt wird.
Nachdem die Grundzüge des erfindungsgemäßen

2S Verfahrens dargestellt wurden, sollen drei nach diesem Prinzip arbeitende Elektrolyseeinheiten beschrieben werden.

Fig. I zeigt einen Schnitt durch eine Elektrolysezelle mit nii,- einer auszuwechselnden Verbundanode. In die Kathode 1 aus Elektrographit oder einem anderen Kohlenstoffmaterial sind die Stromschienen 2 aus Stahl eingelassen. Die Kathode 1 hat uie Form eines Beckens auf dessen Boden sich eine Schicht aus flüssigem Aluminium 3 und darüber die Salzschmelze 4 befindet.

Die Kathode 1 ist von dem wärmeisolierenden Mauerwerk 5 umgeben. Die Stahlwanne 6 bildet den äußeren Rahmen des Elektrolysegefäßes. Die diskontinuierliche Verbundanode besteht einerseits aus einer AI₂Oj-Kohlenstoff-Masse 7 und andererseits aus dem Graphitteil 8. Die in die Salzschmelze 4 eintauchende Anode wird durch die Metallstange 9 gehalten. Die auch als Stromleiter dienende Metallstange 9 ist in das Graphitteil 8 eingeschraubt und oberhalb der Elektrolysezelle an eine Stromschiene angeklemmt. Um eine Korrosion der Metallstange innerhalb des Zellenraumes zu vermeiden, ist sie mit einer Schutzhülse 10 umgeben. Die Elektrolysezelle ist mit der Blechhaube 11 abgedeckt. Die Elektrolyseabgase werden durch die öffnungen 12. an die eine Rohrleitung angeschlossen ist.

abgesaugt.

F i g. 2 veranschaulicht im Längsschnitt eine mehrkammerige Elektrolysezelle. Das Elektrolysea^gregat enthält eine Reihe von plattenförmigen Graphitkathoden 21, die parallel geschaltet und mittels der eingeschraubten Stromzuführungsbolzen 22 in den rechteckigen Elektrolyseraum eingehängt sind Zwischen den Kathoden sind die Verbundanoden angeordnet, die sich, wie schon in Fig. 1, aus der Aluminiumoxid-Kohlenstoff-Masse 23 und den Tragplatten 24 aus Graphit zusammensetzen. Auch die Anoden werden von seitlich eingeschraubten Stromzuführungsbolzen 25 getragen und tauchen mit ihrer AI2O3—C-Masse in dem Elektrolyten 26 unter. Am Boden der Elektrolysezelle breitet sich über alle Kammern die Aluminiumschicht 27 aus. Mit dem Aluminium 27 und dem Elektrolyten 26 steht eine Auskleidung aus Kohlenstoffplatten 28 in Berührung, hinter der eine keramische Wärmeisolation 29 und anschließend der Stahlbehäher 30 folgt Die

Elektrolysezelle ist durch die Deckplatte 31 verschlossen. Es ist nicht dargestellt, daß die Abdeckung Klappen besitzt, durch welche die Tragplatten 24 mit der AI2O3—C-Masse 13 ausgetauscht werden können. Das Abgas wird durch die Austrittslöcher 32 abgesaugt.

Die F i g. 3 ist ein Horizontalschnitt an der Stelle AB durch die in Fig. 2 skizzierte Elektrolysezelle. Zu diesetr· Schnittbild sei ergänzend bemerkt, daß die Stromzi'führungsbolzen der Kathoden- und Anodenelemente 22 und 25 in Kontakthalbschalen 33 liegen, die außerhalb des Behälters 30 an die entsprechenden positiven und negativen Strombalken angeschlossen sind. Im übrigen gelten für Fig. 3 die in Fig. 2 benutzten Kennziffern.

Die Elektrolysezelle gemäß F i g. 2 und 3 kann r, selbstverständlich noch eine beliebig größere Zahl von Kathoden- und Anodenelementen enthalten als in dem wiedergegebenen Beispiel. Im Betrieb einer solchen Elektrolysezelle wird man darauf achten, daß der Verbrauchszustand der AI2O3—C-Masse 23 bei den >n Einzelanoden nicht gleich ist. Wenn die AI2O3—C-Masse 23 infolge Elektrolyse auf einer der Tragplatten 24 völlig abgetragen ist, wird ein Wechsel gegen ein neues Anodenelement vorgenommen. Während des Anodenwechsels übernehmen die anderen parallelgeschalteten 2-3 Anodenelemente den Stromfluß. Das produzierte Aluminium wird in bekannter Weise aus den Elektrolysezellen über Rüssel in Unterdrucktiegel gesaugt.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es auch, Elektrolysebatterien mit Bipolarelektroden zu betrei- in ben. ^cig. 4 und 5 zeigen ein Ausführungsbeispiel für eine fünfzeilige Elektrolysebatterie. Dabei stellt F i g. 4 einen Horizontalschnitt in Höhe EF der Fig. 5 und F i g. 5 einen Vertikalschnitt durch CDder F i g. 4 dar. Es bezeichnen im einzelnen: n

41 = Graphitkathode, 42 = kathodische Strombolzen aus Metall, 43 = AI2O3—C-Masse der Bipolarelektrode, 44 = Anoden aus Graphit, 45 = anodische Strombolzen aus Metall, 46 = Bipolarelektroden,

47 = Graphitplatte der Bipolarelektrode,

48 = Schmelzflußelektrolyt, 49 = korrosionsbeständiges, elektrisch isolierendes Auskleidungsmaterial, 50 = keramische Wärmeisolation, 51 = Stahlbehälter, 52 = flüssiges Aluminium, 53 — Abdeckung der Elektrolysezelle. 54 = Austrittslöcher für Abgas.

Die Kathode 41, die Anode 44 und die Bipolarelektroden 46 werden, wie aus F i g. 4 und 5 erkennbar ist, lose in den Elektrolyseraum in die dafür vorgesehenen Positionen gestellt Die wenig verschleißende Kathode 41 kann über lange Zeit in der Elektrolysezelle bleiben. Die Bipolarelektroden müssen ausgetauscht werden, wenn die Schichtdicke der Al₂O₃-C-MaSSe fast verbraucht ist Ein vollkommener Verbrauch der auf den Graphitplatten befindlichen AI₂O₃-C-MaSSe 43, wie es bei der Zellenkonstruktion nach F i g. 2 und 3 möglich ist kann bei den Bipolarelektroden wegen Chlorabscheidung und Zersetzung der Alkalichloride nicht zugelassen werden. Wenn die AI2O3—C-Masse 43 auf der Anode 44 nahezu abgetragen ist und ein Wechsel erfolgen muß, so führt diese Maßnahme zu einer Stromunterbrechung der Elektrolysezelle. Eine Stromunterbrechung läßt sich aber dadurch vermeiden, daß die Anode in mindestens zwei Hälften geteilt ist die zu unterschiedlichen Zeiten gewechselt werden. Auch für die einzelnen Bipolarelektroden empfiehlt sich eine Teilung und ein zeitlich verschobener Austausch der beiden Hälften. Auf diese Weise kann die Al₂O₃-C-Masse auf den Bipolarelektroden praktisch restlos aufgebraucht werden.

Die in den Fig. 1 bis 5 beschriebenen Elektrolysezellen sind als Beispiele und Basismodelle zu betrachten, die ohne Änderung des Prinzips mannigfaltige Konstruktionsvarianten erlauben.

Die üblicherweise für die Kathode verwendeten Werkstoffe sind Kohlenstoff, Elektrographit, Titanborid, Zirkoniumborid oder Gemische derselben.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, eine Anode zu verwenden, bei der die Masse aus Aluminiumoxid und Kohlenstoff nicht mechanisch fest mit dem Anodenteil aus Graphit verbunden ist. Es genügt, wenn die AI2O] —C-Masse mit dem elektrisch gut leitenden Werkstoff Graphit in elektrischem Kontakt steht. Eine praktische Verwirklichung dieses Prinzips ist in F i g. 6 wiedergegeben. F i g. 6 zeigt im Vertikalschnitt eine Elektrolysezelle, die sich von den vorhergehend beschriebenen Elektrolysezellen in den Fig. 1—5 durch den Aufbau der Anode und in der Zufuhr der Al₂Oj-C-Masse unterscheidet. In der Mitte der Elektrolysezelle ist die Kathode 61 aus Graphit mit dem metallischen Stromleiter 62 angeordnet. Die Anode setzt sich aus drei Grundelementen zusammen. Der erste Bestandteil der Anode ist eine Graphitplatte 64 mit dem Gewindebolzen 65, über den der Elektrolysestrom zugeführt wird. Vor der Graphitplatte 64 befindet sich die AI2O3—C-Masse 63 in stückiger Form. Die AI₂O₃-C-MaSSe wird als Briketts, Pellets, Tabletten oder als sonstiges Granulat chargiert und von einer Platte 66 gehalten. Sie besteht in diesem Beispiel aus Graphit und ist mit Horizontalschlitzen versehen. Aber auch andere Werkstoffe, insbesondere Sinterkorund. Zirkoniumoxid und Sintermagnesia sind für die Fertigung der Platte 66 geeignet. Die Platte 66 verkörpert eine Art Diaphragma und hat die Aufgabe zu erfüllen, daß einerseits keine Teilchen der AI₂O₃-C-MaSSe aus dem Anodenraum in den Elektrolyten gelangen und andererseits ein ausreichend freier Durchgang für die Elektrolytschmelze 67, die den Elektrolyseraum zwischen Kathode und Anode ausfüllt, vorhanden ist. Deshalb muß die Platte 66 entweder ein offenes Porensystem oder zweckentsprechende Löcher oder Kanäle enthalten. An der Kathode 61 wird das Aluminium flüssig abgeschieden. Es tropft von ihr ab und sammelt sich am Boden der Elektrolysezelle zu dem Bad 68.

Die Anode aus den Bestandteilen 63,64 und 66 sowie der übrige Elektrolyseraum sind eingefaßt in ein korrosionsbeständiges, elektrisch nicht leitendes Mauerwerk 69. Der Wärmeschutz der Elektrolysezelle wird durch die feuerfeste Isolierung 70 gewährleistet

Die Chargierung der stückigen Al₂O₃-C-MaSSe kann, dem Verbrauch der Elektrolysezelle angepaßt satzweise oder vollkontinuierlich über einen Trichter erfolgen. Die dreiteilige Anode nach Anspruch 16 läßt sich selbstverständlich anstelle der Verbundanoden, bestehend aus der Ai₂O₃-C-MaSSe 23 und den Tragplatten 24 in F i g. 2 und 3 und in F i g. 4 und 5 der mehrzelligen Elektrolyseaggregate der Bipolarelektroden, bestehend aus der Al₂O₃-C-MaSSe 43 und der Anode aus Graphit 44 einbauen.

Ein Verfahrensschema zur Herstellung des stückigen Aufgabegutes aus AI2O3 und Kohlenstoff ist in F i g. 7 dargestellt Die einzelnen Verfahrensschritte sind als Beispiele zu betrachten und durch ähnliche Verfahrenseinheite-n ersetzbar. So kann beispielsweise der Kammerschachtofen durch einen Tunnelofen ersetzt werden. Vergleicht man das Fließbild in F i g. 7 mit den

Vorbereitungsgängen der Roh- und Hilfsstoffe der beiden eingangs erwähnten bekannten Elektrolyseprozesse, so weist das erfindungsgemäße Verfahren bedeutende apparative und energiesparende Vorteile auf.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (18)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung von Aluminium durch Schmelzflußelektrolyse, bei dem als Elektrolyt eine aus Alkali- und/oder Erdalkalihalogeniden bestehende Schmelze verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohstoff in Form einer aus einem Gemisch, enthaltend Aluminiumoxid und Kohlenstoff bestehenden Anode zugeführt wird, die sich im Elektrolyten auflöst.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolytschmelze Zusätze von 10—40% Kryolith, Alkali- und/oder Erdalkaiifluoride enthält

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminium enthaltende Rohstoff während der Elektrolyse durch die Anode zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminium enthaltende Rohstoff während der Elektrolyse als Granulai oder stückig kontinuierlich durch die Anode zugeführt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Gewinnung von Aluminium durch Schmelzflußelektrolyse, bei dem als Elektrolyt eine aus Alkali- und/oder Erdalkalihalogeniden bestehende Schmelze verwendet wird und die Kattiode aus Elektrographit oder Titandiborid besieht, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolysezelle mindestens eine Anode enthält, die aus einem Gemisch, enthaltend Aluminiumoxid und Kohlenstoff, besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodt Elektr^graphit enthält.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5, 6, dadurch gekeri zeichnet, daß zur Herstellung von reinem Aluminium das Aluminiumoxid der Anode einen Reinheitsgrad von mindestens 98% aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5—7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode ein kohlenstoffhaltiges Bindemittel enthält.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5—8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode aus einem selbstbackenden Gemisch besteht, das Aluminiumoxid, Teer und/oder Pech enthält.

10. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen 5—9, gekennzeichnet durch ein mit Graphitelementen umgebenes selbstbackendes Gemisch.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5—10, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolysezelle Seitenwände aus keramischem, elektrisch nicht leitendem Material aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5— 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände aus Magnesit und/oder Korundsteinen bestehen.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5—12, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Elektrolysezelle mehrere parallelgeschaltete Sektionen mit Kathoden und Änodenelementen vorhanden sind.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5—13. dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Elektrolysezellen unter Verwendung von Bipolarelektroden in einem gemeinsamen Behälter zu einer Batterie hintereinandergeschaltet sind.

15. Anode gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 5—14, enthaltend Aluminiumoxid und Kohlenstoff im Gewichtsverhältnis 5 bis 3 zu 1.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5—15, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode aus einem Behälter gebildet wird, in dem das Gemisch, enthaltend Aluminiumoxid und Kohlenstoff, eingebracht ist und die Behälterwand zur Kathode hin eine perforierte Abschirmung (66) aufweist.

17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5—16, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (66) aus Graphit, Sinterkorund, Zirkoniumoxid und/oder Sintermagnesia besteht.

18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5—17, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter, in dem das stückige Gemisch aus Aluminiumoxid und Kohlenstoff enthalten ist, in einer mehrkammerigen Elektrolysezelle oder als Bipolarelektrode in einem mehrzelligen Elektrolyseaggregat verwendet wird.