DE2817685A1

DE2817685A1 - Stroemungslenkelemente fuer die salzschmelzenelektrolyse

Info

Publication number: DE2817685A1
Application number: DE19782817685
Authority: DE
Inventors: Donald Lee Kinosz; Alfred Francis Lacamera; Thomas Adam Trzeciak
Original assignee: Aluminum Company of America
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 1977-05-17
Filing date: 1978-04-20
Publication date: 1978-11-30
Also published as: FR2391290A1; AU515327B2; US4110178A; FR2391290B1; CA1097588A; GB1568498A; DE2817685C2; NO781138L; AU3585678A; JPS53144812A; JPS576513B2

Description

λ 8 1 7 B 8 5 - 5 -

Aluminum Company of America, Pittsburgh, Pennsylvania, V.St.A,

Strömungslenkelemente für die Salzschmelzenelektrol.yse

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Herstellung von Metall durch Elektrolyse in einer Salzschmelze und insbesondere ein Verfahren zur Erhöhung der Geschwindigkeit der Schmelzen- und Metallströmung, bei dem gleichzeitig eine unerwünschte Metalloxidierung verhindert ist, die sich beim Umlauf des Schmelzsalzes in Oxidiermittelreiche Bereiche ergibt.

In Zellen, die Alkali- oder Erdalkalimetallsalzschmelzen enthalten, wie sie bei der Herstellung von Aluminium durch Elektrolyse von Aluminiumchlorid verwendet werden, das in solchen Salzen gelöst ist, befindet sich üblicherweise ein vertikaler Stapel aus beabstandeten Elektroden innerhalb des Salzbades - verglo die US-PS 3.822d95. Bei der Elektrolyse entsteht Chlorgas und steigt in der Zelle nach oben und über den Spiegel der Salzschmelze, während auch eine Metallschmelze entsteht, die sich unter dem Einfluß der Schwerkraft im unteren

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Zellteil absetzt. Diese Aufwärtsbewegung des Ghlorgases bewirkt eine Zirkulation und eine Auwärtsströmung der Salzschmelze, die einen ihrerseits wesentlichen Teil des erzeugten geschmolzenen Metalls mit sich führte Ist die Geschwindigkeit der Aufwärtsströmung ausreichend hoch, durchbrechen die Stoffe in der Aufwärtsströmung den Spiegel der Salzschmelze und dringen in den Chlorgasbereich ein_o Metall, das durch den Schmelzspiegel in das Chlorgas hineingerät, wird sich mit dem Chlor erneut verbinden, wobei das Chlor in diesem Fall das Oxidiermittel ist_o Das mit dem Chlor rekombinierte Metall kehrt dann in die Schmelze zurück, wo das Chlor und das Metall erneut voneinander getrennt werden. Dieser Vorgang verringert den Stromwirkungsgrad der Zelle, da zusätzlicher elektrischer Strom erforderlich ist, um die Metall-Gas-Verbindung erneut zu reduzieren.

Die vorliegende Erfindung schafft eine elektrolytische Zelle zur Herstellung von Metall in einer Salzschmelze, wobei die Schmelze in der Zelle fließen kann, um geschmolzenes Metall aus den Räumen zwischen übereinanderliegenden Elektroden in der Zelle zu entfernen_o Die Zelle enthält eine Salzschmelze, deren Spiegel sich innerhalb der Zelle befindet, mindestens einen vertikalen Stapel aus übereinander angeordneten Elektroden in der Schmelze, wobei die oberste Elektrode des Stapels sich untern dem Badspiegel befindet und der vertikale Stapel so angeordnet ist, daß sich zwischen übereinanderliegenden Elektroden Zwischenräume zur Bildung des Metalls bilden, und

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Kanäle innerhalb der Zelle, die vertikal zwischen oben- und unternliegenden Bereichen der Zelle verlaufen und eine Auf- und Abwärtsströmung des Bads erlauben, Lenkelemente sind an dem Kanal für die Aufwärtsströmung des Bads angeordnet und verlaufen vertikal über die oberste Elektrode des vertikalen Stapels hinaus, um die Strömung der Salz- und der Metallschmelze in den Eäumen zwischen unmittelbar übereinanderliegenden Elektroden des vertikalen Stapels zu verstärken und die . ufwärtsströmung der Salzschmelze, die im Aufwartsstromungskanal auftritt, seitlich über die oberste Elektrode, aber unter dem Spiegel des Bads zu richten, wobei die seitliche Strömungsrichtung des Bads unter dessen Spiegel der Metallschmelze im wesentlichen die Möglichkeit nimmt, durch den Schmelzenspiegel hindurch zu brechen,

Die Erfindung mit ihren Zielen und Vorteilen soll anhand der beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben werden,

Figo 1 ist eine Schnittdarstellung einer Zelle zur Herstellung von Metall nach der vorliegenden Erfindung, wobei bestimmte Zellteile (einschließlich der zwei Lenkelemente 59) der Zelle im Seitenriß dargestellt sind;

Fig. 2A ist ein Schnitt durch eine alternative Ausfiihrungsform der Lenkplatten in Figo Λ;

Fig. 2B ist eine rückseitige Ansicht des LenkeDaaents der Fig.

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2A, wobei der Zusammenhang zwischen den Fig. 2A und 2B mit der Linie IIA-IIA in Fig. 2 B gezeigt ist;

Fig. 3-k ist eine zweite alternative Ausführungsform der Lenkelemente der Fig. 1;

Figo 3B ist ein Aufriß der Ausführungsform der Figo 3A von vorn, wobei der Zusammenhang der Fig. ~$k und 3B mit der Linie IIIA-IIIA der Fig. 3B gezeigt ist; und

Fig. 4 ist eine teilweise schematisierte Darstellung der Zelle der Figo 1 und zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindungο

B¹Ig. 1 der Zeichnung zeigt eine Zelle zur elektrolytischen Herstellung von Aluminium durch Elektrolyse von in einer Salzschmelze gelöstem Aluminiumchlorid_α Die Zellkonstruktion weisb einen äußeren Kühlmantel 10 auf, der die Seitenwände der Zelle umgibt, die in einem Stahlgefäß 12 liegt_o Ein Kühlmittel - bspw. Wasser - strömt durch den Mantel 10 und führt Wärme aus der Zelle während ihres Betriebs ab_o Das Kühlmittel tritt in den Kühlmantel an den Einlassen 11 ein und strömt an den Auslässen 15 ab. Ein entsprechender Kühlmantel 14 mit den Kühlmitbeleinlässen 14a und den Kühlmittelauslassen 14b befindet sich über einem Deckel 16 der Zelle, der dem Chlorgas und den Salzdämpfen unmittelbar ausgesetzt ist und aus einem geeigneten, gegen Chlor wid er standsfähigen Metall xvie einer

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Legierung hergestellt ist, die nominell 80 % Fi, 15 % Cr und 5 % Fe enthält und unter der Bezeichnung INconel vertrieben wird.

Ein konstruktives Behältnis 18 bspw_o aus Stahl ist gezeigt; es umfaßt und stätzt die Zelle und deren Kühlmantel 10_o

Das Innere der Metallschale 12 - einschließlich eines unteren Wandteils 20 - ist vorzugsweise mit einer durchgehenden, korrosionsfesten, elektrisch isolierenden Auskleidung (nicht gezeigt) aus Plastik- oder Gummimaterial bedeckt. Gute Ergebnisse sind mit einer Auskleidung aus abwechselnden Lagen aus einer Anstrichfarbe auf der Basis eines wärmehärtenden Epoxyharzes und Galasfasertuch erreicht worden. Einwärts der Epoxy-Glasfaser-Auskleidung befindet sich vorzugsweise eine Glassperrschicht der in den US-PSn 3o773.64-3 und 3°779. 699 beschriebenen Art.

Die Zelle der Pig. 1 ist auch mit einem feuerfesten Seitenwnadziegel 24- aus wärmeisolierendem und elektrisch nicht leitfähigem Nitridmaterial bedeckte Ein solches Material ist gegen ein geschmolzenes Aluminiumchlorid enthaltendes lialogenidbad und dessen Zersetzungsprodukte widerstandsfähig, wie in der US-PS 3ο785·94-1 offenbart. Eine zusätzliche Auskleidung 36 aus Graphit befindet sich auf den Seitenwänden neben und über den Anoden 4-6 der Zelle und bietet zusätzlichen Schutz gegen den korrodierenden Einfluß des Bads und des Chlorgases, das beim

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Zellbetrieb entsteht.

Der Innenraum der Zelle der Fig. 1 weist einen Sumpf 26 im Zellunterteil auf, in dem das in der Zelle entstehende metallische Aluminium sich sammelt. Der Sumpf weist die Seiten- bzw. Bodenwände 28 auf, die vorzugsweise aus Graphitwerkstoff besteheno Der Graphit verläuft aufwärts und neben den Kathoden 50 der Zelle und befindet sich in und auf einem Boden 32 aus feuerfestem Material mit einer Glassperrschicht, wie oben erwähnt O

Ein Badspeicherbereich innerhalb der oberen Zone der Zelle ist mit dem Bezugszeichen 34 bezeichnet. Das Schmelzbad der Zelle ist aus der Figo 1 fortgelassen worden, um den Zellaufbau dort besser darstellen zu können_o Der Badspiegel in der Zelle schwankt während des Zellbetriebs, liegt aber mormalerweise über den Zellanoden 46 und füllt den ansonsten leeren Raum in der Zelle unterhalb dem Badspiegel aus.

Eine Abstichöffnung 38 verläuft durch den Deckel 16 in den Speicherbereich 34; durch sie kann ein (nicht gezeigtes) Saugrohr abwärts in den Sumpf 26 geführt werden, um schmelzflüssiges Aluminium abzusaugen« Die GB-PS 687.758 zeigt ein solches Rohr. Eine zweite, die Speiseöffnung 42 dient als Einlaß zum Einspeisen des Aluminiumchlorids in das Bad. Eine dritte öffnung 44 dient zum Abziehen des Chlorgases aus der Zelle. Diese öffnungen sind in Figo 1 aus Gründen der bequemeren Darstellung

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offen und ohne externe Anschlüsse gezeigt. Im Zellbetrieb kann der öffnung 38 eine Absaugeinrichtung zugeordnet sein, während an die öffnung 42 eine Speisevorrichtung angeschlossen ist, Die öffnung 44 kann an eine Rohrleitung angeschlossen sein, durch die chlorreicher Ausfluß abgehto Andere Öffnungen können vorgesehen sein - bspw_o eine Rückführöffnung für Material, das aus dem durch die Öffnung 44 abgehenden chlorreichen Ausfluß auskondensiert; hierzu vergl. die US-PS 5.904.494. Weitere Öffnungen können vorgesehen sein für Inspektionszwecke, für die Probenentnahme und zur Verwendung von Thermoelementen sowie Leitfähigkeitstauchzellen (vergl. die US-PS 3<>996.5O9) ; letztere sind nützlich für die Einstellung bspw. des Aluminiumchloridgehalts des Bads entsprechend der US-PS 3.847.761 ο Sämtliche dieser Öffnungen und deren Armaturen bestehen aus der unter der Bezeichnung Inconel vertriebenen, oben erwähnten Legierung.

Innerhalb des Zellraums befindet sich ein Vielzahl von plattenförmigen Elektroden 4G, 48 und 50, die zu zwei vertikalen Stapeln angeordnet sind. Rechtwinklig zur Ebene der Fig. 1 (in Richtung der Elektrodentiefe) verlaufen die Elektroden bis zur Innenauskleidung der Zelle und stoßen an diese an. Jeder Stapel v/eist eine zuoberst liegende Anode 46, eine Vielzahl bipolarer Elektroden 48 (hier sind 11 dargestellt) und eine zuunterst liegende Kathode 50 auf, die allesamt aus Graphit gefertigt sind. Diese Elektroden sind beabstandet übereinander angeordnet und bilden innerhalb der Zelle eine Serie von Elek-

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trodenzwischenräumen 45. Jede Elektrode ist vorzugsiveise innerhalb ihres vertikalen Stapels wa;'ger..ⁱ<--].t angeordnete

Jede Kathode 51 wird von einer Vielzahl seitlicher Stützsäulen 60 und mittiger Stützsäulen 61 gfln^rt, die voneinander in Richtung der ELektrodentiefe - d_oh. in die Zeichenebene hinein - beabstan-iet sinoO DLe verbleibendem Elektroden sind übereinander beabstandet gestaxmlt; diese Anordnung wird von Abstandselementen 5;> (in den Elektrodenzwischenräumen 45) aus feuerfestem 'werkstoff aufrechterhalten Die Elektroden sind mit den oeiteriwändeii über einzelne isolierende Stifte 54 verbunden und durch diese von den Seitenwänden beabstandet gehalten» Die /ibstandr.olf'mente 53 sind so bemessen, daß die Elektroden in gerinp;em Abstand zueinander gehalten v/erden - bspw_o liegen die einander zugewandten Oberflächen der Elektroden in einem gegenseitigen Abstand von weniger als 19 mm (3/4 in_o)_o

über den vertikalen Stapeln liegen die Halteblocks 47 auf den Oberflächen der ».ηοΊ- 'J-. ^uf, und halten die Stapel in der Sollage.

In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind 12 Elektrodenzwischenräume 45 zwischen einander zugewandten Elektrodenflächen jedes Stapel» ausgebildet, und zwar ein Elektrodenzwischenraum zwischen der Kathode 50 und der untersten der bipolaren Elektroden, 10 zwischen aufeinanderfolgenden Paaren der zwischenliegenden bipolaren Elektroden und einer zwischen

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der obersten bipolaren Elektrode und der Anode 46. Jeder Elektrodenzwischenraum ist nach oben von einer Elektrodenunterseite (die als Anodenfläche wirkt) und nach unten durch eine Elektrodenoberseite (die als Kathodenfläche wirkt) abgeschlossen, wie ausführlich in der obengenannten US-PS 3.822.195 erörtert.

Zwischen den ElektrodenstapeIn befinder sich ein Gasaufstiegskanal 55» der von schmalen, gegen Wärme und Korrosion widerstandsfähigen Abstandelementen 57 aufrechterhalten wird, die zwischen den inneren Elektrodenenden verlaufen. Die Breite der Elektroden in den Stapeln ist so gewählt, daß ein Kanal 55 entsteht, dessen größste Breite zwischen den Anoden 46 liegt und nach unten abnimmt; die geringste Breite liegt zwischen den untersten bipolaren Elektroden. Der Kanal 55 ermöglicht einen aufwärts gerichteten Umlauf des Badmaterials zum Speicherbereich 3*·· nach dem Durchströmen der Elektrodenzwischenräumeo Während der Elektrolyse entsteht Chlorgas in den Elektrodenzwischenräumen und strömt zu den Elektrodenenden₀ Die Oberflächen der Elektroden sind vorzugsweise mit (nicht gezeigten) Chlorabströmnuten versehen, die in den Kanal 55 münden; diese Nuten sind an den dem Kanal 55 entgegengesetzten Enden abgeschlossene Es hat sich herausgestellt, daß dieser Aufbau das Chlorgas dabei unterstützt, anfänglich in der richtigen Richtung, d.h_o zum und in den Kanal 55 zu strömen, obgleich dieser Abschluß nicht unumgänglich ist. Nachdem das

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Chlor in der gewünschten Sichtung zu strömen begonnen hat, strömt es (sofern man für geeignete Querschnittsabmessungen der verschiedenen Strömungskanäle in der Zelle gesorgt hat) in der gewünschten Richtung weiter, Auf diese Weise läuft dann die Salzschmelze in einer Konfiguration um, in der sie ebenfalls in den Kanal 55 gerät. Die Gasströmung in der gewünschten Richtung kann durch andere Mittel eingeleitet werden - bspw. durch mechanisches Pumpen des Bades oder durch einen Gasdruckstoß am unteren Ende des Kanals 55<> Die Abmessungen des Kanals 55 und des Rests der Strömungsquerschnitte in einer vorliegenden Zelle lassen sich vorteilhafterweise nach Wassermodellverfahren bestimmen.

Zwischen jedem Elektrodenstapel und den feuerfesten Seitenwänden 24 befinden sich zwei Strömungskanäle 56 ₉ die jeweils eine Reihe ausgerichteter Spalte zwischen den Zellwänden und den äußeren Elektrodenenden darstellen. Die Bewegung des Bades in den Kanälen 56 erfolgt abwärts an den Anoden 46 vorbei, d.ho zunächst in die äußeren Bereiche der obersten Elektrodenzwischenräume, wo Teile des Bads sich abteilen, um die obersten Elektrodenzwischenräume auszuschwemmen_o Der Rest des Bades strömt dann geiveils abwärts an der Außenseite der nächsten Elektrode zum nächsten Elektrodenzwischenräume, und so weitere Schließlich kann der letzte Teil der Strömung durch, die Öffnungen auf der Außenseite der Kathoden 50 in. und durch den Sumpf 26, dann aufwärts in den Kanal 55 fließen. Wie oben ausgeführt, lassen sich die Abmessungen der verschiedenen Tei-

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le des Gasanstiegs- und der Badzufuhrkanäle mit Vorteil unter Anwendung von Wassermodellverfahren bestimmen, um zu gewährleisten, daß das sich "bildende Metall aus jedem Elektrodenzwischenraum herausgeschwemmt wird, ohne sich wesentlich auf den Kathodenflächen anzusammeln,,

Durch die Anoden 46 ist eine Vielzahl von Elektrodenstangen (geschnitten gezeigt) gesteckt, die als positive Stromzuführung dienen, während durch die Kathoden 50 eine Vielzahl von Sammelstangen 62 als negative Stromabführungen (im Schnitt gezeigt) gesteckt ist· Die Stangen verlaufen durch die Zeil- und Kühlmantelwände und sind diesen gegenüber auf geeignete Weise isoliert bspwo wie in der US-PS 3.74-5.106 beschrieben.

Über der Anode 46 neben dem oberen Austrittsende des Kanals befinden sich zwei vertikal verlaufende Dämme 59 aus wärme- und korrosionsfestem Werkstoff. Die oberen Enden dieser Dämme stehen vertikal über den Badspiegel (in Fig. 1 nicht gezeigt) hinaus vor und schaffen waagerecht verlaufende Öffnungen oder Kanäle 63, die den seitlichen Strömungsteil des Bades über die Anoden 46 lenken, wie mit den Pfeilen 0 und D in Fig. 1 gezeigt, ihn aber unter dem Badspiegel halten. Die Kanäle 63 münden auf beiden Seiten ^jedes Dammes 59 unter dem Badspiegel, während der Spiegel selbst tiefer als die oberen Kanten der Dämme 59 liegen (dieser Zusammenhang ist am besten in Fig. 2A und 3A zu erkennen, die unten ausführlich erörtert sind). Der resultierende Strömungsweg wirkt der Tendenz entgegen, daß die

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durch den Kanal 55 mit dem aufwärts verlaufenden Badströmungsteil mitgeführten Teilchen bzw_o Tröpfchen aus geschmolzenen Metall den Badspiegel durchbrechen und mit dem oxidierenden Chlor über dem Bad in Berührung geraten. Idealerweise fällt das auf den kathodischen Zelloberflächen entstehende Metall in den Kanälen 55? 56 in den Sumpf 26 hinab. Infolge der starken AufwärtsStrömung des Chlorgases wird Metall aufwärts mitgerissen und rechloriert (indem es durch den Badspiegel bricht), sofern keine geeigneten Umlenkelemente wie die Lenkelemente 59 vorliegen Die Rechlorierung beeinträchtigt den Stromwirkungsgrad der Zelle, d.ho das rechlorierte Metall erfordert eine elektrolytische Reduktion, zu der zusätzliche elektrischer Strom nötig ist· Als Schutz gegen diese unnötige Rechlorierung sind die Dämme bzw. Lenkelemente vorgesehene Die Strömungsgeschwindigkeit des Bades über den Anoden 46 in Richtung der Pfeile C und D der Fig. 1 ist hoch genug, um die gleiche Scwemmwirkung auszuüben, die in der US-PS 3·822ο196 im Zusammenhang mit den Kathodenoberflächen in den Elektrodenzwischenräumen beschrieben ist.

Die Figo 2A und 2B der Zeichnung zeigen nun eine alternative Ausführungsform der inder Fig_o 1 gezeigten Dämme 59· In diesem Fall weist ein vertikaler Damm 168, der sich auf der Anode 46 befindet, waagerecht verlaufende Öffnungen oder Kanäle 170 auf, die durch ihn unter dem Badspiegel 172, 173 beiderseits des Damms verlaufen. Diese Kanäle 170 bewirken eine seitliche Strömung des Bads durch den Damm auf einer Höhe unterhalb des

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Badspeigels, wie mit dem Pfeil E gezeigte Auf diese Weise wird das im Kanal 55 aufwärts gerissene geschmolzene Metall seitlich über die Anode 4-6 gelenkt, ohne die Badoberfläche zu durchbrechen, wo es rechloriert werden könnte. In dieser Ausführungsform liegen die Kanäle I70 oberhalb der Oberseite der Anoden, so daß sich Metallschmelze als Kissen 174- auf der Anodenoberseite ansammelt. Dieses Kissen baut sich zu einer bestimmten Höhe auf, die sich aus den Kapillarkräften bestimmt, und fließt dann in den Speisekanal 56 hinab wie in Fig. 2 A in Form von Tröpfchen gezeigte

Zusätzlich zu den Kanälen 170 kann die Ausführungsform der Fig. 2A, 2B auch Kanäle 176 an der Dammoberkante aufweisen, um zusätzliche Strömungsquerschnitte für die seitliche Badströmung vorzuhalten, wei mit dem Pfeil F gezeigt. Das Chlorgas bewegt sich im wesentlichen gradlinig aufwärts, wie mit dem Pfeil G gezeigt, und durchbricht die Badoberfläche 173o Infolge der Dichte des mitgeführten Metalls im Vergleich zu der des Bads selbst und der Gasphase neigt das Metall dazu, auf dem unteren Weg zu strömen, der von den Kanälen 170 dargestellt wird.

Die Figo JA und 3B zeigen eine dritte Ausführungsform der Erfindungo In dieser Ausfüferungsform ist ein vertikaler Damm mit einer Leiste 180 versehen, die von der oberen Innenflache des Kanals 812 her abwärts in einen waagerechten Kanal 182 hinein vorsteht ο Chlor, das etwa von der seitlichen Badströmung (verglo den Pfeil H) in den Kanal 182 mitgerissen wird, wird

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vom Damm 180 zurückgehalten, Analog zum Verhalten des Metallkissens 174- auf der Anode 46 staut sich das abgefangene Chlor zu einer bestimmten Dicke an und fließt dann in Richtung der Pfeile J und I zum Badspiegel 173 ab. Zusätzlich zeigt die Figo 3A kleine Tröpfchen der Metallschmelze, die von dem Bad von der Anodenoberseite abgeschwemmt werden und von dort in den Kanal 56 absinken.

Die Erfindung soll mit dem folgenden Beispiel weiter erläutert werdenο

Beispiel

Die Zelle der Fig. 1 wurde als 12-teilige bipolare Zelle (d.h. Anode, Kathode und elf bipolare Elektroden) aufgebaut und dann mit einem durchschnittlichen Salzschmelzbad der folgenden Zusammensetzung gefüllt:

NaCl 51,0 Gew.-%

LiCl 40,0 Gew.-%

AlCl₃ 6,5 Gew.-%

MgCl₂ 2,5 Gew.-96

Die Elektrolyse zur Herstellung des geschmolzenen Aluminiums und des Chlorgases erfolgte mit 31 V Spannung über der Zelle, doho zwischen der Anode 46 und der Kathode 50, und einer mittleren Temperatur von 715°C, dl· durch die Mantel 10, 14 strö-

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mendes Kühlmitbel aufrechterhalten wurde_o Unter diesen Betriebsbedingungen strömten das Chlorgas und das Bad schnell über die Elektroden zu den Kanal 55 und in diesem aufwärts. Die Lenkelemente der Erfindung stellten dabei ein wirkungsvolles Mittel dar, die Badströmung über die Anoden zu lenken und unber dem Badspiegel zu halten.

Die Fig. 4 der Zeichnung zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, in der die FlüsHigkeits- und Gasströmung der Zelle der Fig. 1 umgekehrt verläuft, wie mit den Pfeilen in den Kan-iien 55, 56 und im Badspeicherbereich 34 gezeigt (in B¹Ig₀ und 4 bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile)_o In Fig. 4 Liegen die Lenksbrukburen 184 im Gegensatz zu der Innenlage der Lenkelemente 59 in Fig. 1 an den Außenkanten der Enden 46 und den äußeren Strömungskanälen 56 (für die ansteigende Strömung). Die Lenkelemente 184 sind massive Wandelemente, die vertikal auf der Oberseite jeder Anode 46 sitzen, wobei die Oberkante jedes Lenkelements unter dem Badspiegel 172 liegt ο Zusätzlich verlaufen die Lenkelemente in die Zeichenebene hinein und vorzugsweise über die gesamte Anodenlänge ο

Das beim Aufschmelzen entstehende Gas - vergl. die Pfeile in Fig. 4 - steigt durch die Außenwände 56 an und tritt durch den Badspiegel 172 hindurch; die Aufwärtsströmung des Gases bewirkt eine Aufwärtsströmung des Elfikbrolyts und Metalls. Diese Aufwärtsströmung erzeugt in der Oberfläche 172 eine

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Senke, die schematisiert in Figo 4- gezeigt ist_o Wie von den Pfeilen üner den Lenkelementen 184 angedeutet, strömen der Elektrolyt und das Metall über die Oberkante der Elemente und zum Mittelkanal 55· Eine bestimmte Menge des Elektrolyts und des Metalls strömt nicht unmittelbar zum Kanal 55 weiter, nachdem sie über die Lenkelemente 184 geströmt ist. Vielmehr strömt sie zu den Kanälen 56 in. einer wirbelartigen Strömungsbahn zurück. Die Lenkelemente 184 verhindern, daß dieses rückströmende Metall wieder in die Kanäle 56 gerät, von wo es unter Umständen wieder in die Chloratmosphäre über dem Badspiegel· geschleudert werden und sich mit dieser dort rekombinieren würd e_o

Wie weiter in Ii¹Ig. 4 gezeigt, int das Strömungsmuster derart, da". Bad und Metall· entiang der Oberseite der Anoden zu den LenkeLementen 184 fließen wollen,, '/em. die Lenkelemente 184 nicht vorliegen würden oder mit Öffnungen an der Anodenoberseite versehen wären, välrde diese Bewegung von Bad und Metall erheblich unterstützt werden. Zusätziich würde das mitgeführt Metail· in die Aufströmkanäie eintreten und erneut aufwärts zum Badspiegel· 172 gedrückt werden, εο daß die Wahrscheinlichkeit steigt, daß es von dort in die oxidierende Atmosphäre über dem Spiegel T/2 gelangt.

In der Ausführungsform der Fig. 4 handelt es sich bei den Lenkel·ementen jedoch um massive Strukturen, die keinen direkten Zugang zu den Aufströmkanälen 56 erlauben_o Auch auf diese Weise

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wird die Geschwindigkeitskomponente entlang der Anodenoberseite verringert, so daß die Strömungskomponente des Barmetalls in den Kanal 55 sich verstärkt. Die Zunahme der abwärts gerichteten Strömungsgeschwindigkeit erhöht die Geschwindigkeit der Badströmung durch die Zwischenräume 45, in denen das Metall entsteht, so daß die oben beschriebene und erwünschte Schwemmwirkung sich verstärkt. Eine verstärkte Strömung durch die Zwischenräume 45 wird auch von den Lenkelementen 59, 168 und 178 erzeugte Unter diesem Effekt wird Metall schnell von den Elektrodenoberflächen abgeschwemmt, so daß die Elektrodenoberflächen sofort weiteres Metall in dem Elektrolyseprozeß erzeugen können.

Je höher die Lenkelemente 184, desto höher im allgemeinen die abwärtsgerichtete Strömungskomponente von Bad und Metalle Andererseits muß das Lenkelement bereits so weit unter dem Badspiegel 172 enden, daß Bad und Metall unter dem Spiegel 172 aus dem Auf strömkanal 56 koir.mend hindurchströmen können_o Die Höhe der Lenkelemente \\^rird also so gewählt, daß beide Aufgaben einwandfrei erfüllt werden.

Die Lenkelemente 184 wirken sowohl im Sinne eines VwrMnderns einer Metallumlaufs, bei dem das Metall in der Atmosphäre über dem Badspiegel rechloriert wird, als auch mit einer gleichzeitigen Erhöhung der Geschwindigkeit des Bades durch die Zwischenräume 45, in denen das Metall entsteht. Lenkelemente dieser Art dienen auch dazu, Verunreinigungen und Fremdkörper, die aus dem

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Claims

BERLIN 33 8 MÜNCHEN

Auguste-Viktoria-StraBa 65 ~ DIICPUI/C ί DADXMCD Pienzenauerslraße 2

Pat.-Anw. Dr. Ing. Ruschke UT. KUoOHIVt & ΓΑΚΙΓνΠΚ

Pat.-Anw. Dipl.-lng. -. .__.,_,-, .,,.,Vi -i-r- Pat-Anw. Dipl.-lng.

Olaf Ruschke PATENTANWÄLTE Hans Ε. Ruschke

Tel. (030)8 26 38 95/82644 81 BERLIN — MÖNCHEN ^Τβ'' ί⁰⁸⁹) ⁹⁸ °^{3 24} ' ^{98 72}

Telegramm-Adresse: Telegramm-Adresse:

Quadratur Berlin Quadratur München

TELEX: 183786 TELEX: 522767

Pat ent anspräche

A 1695

Elektrolytische Zelle zur Erzeugung von Metall in einer Salzschmelze, wobei das Salzschmelzbad in der Zelle strömen kann, um Metallschmelze aus Räumen zwischen den übereinander angeordneten Zellelektroden zu entfernen, mit einem Bad aus einer Salzschmelze, desf-en Spiegel innerhalb der Zelle liegt, mindestens einem vertikalen Stapel aus übereinander angeordneten Elektroden innerhalb des Bads, wobei die oberste Elektrode des Stapels sich unter dem Badspiegel befindet und der vertikale Stapel so angeordnet ist, daß Zwischenräume zwischen aufeinanderfolgenden Elektroden entstehen, in denen das Metall entsteht, und mit Kanälen in der Zelle, die vertikal zwisehen oberen und unteren Bereichen der Zelle verlaufen und eine Auf- bzw. AbwärtsStrömung des Bades erlauben, gekennzeichnet durch eine am Aufwärtsströmkanal im Bad angeordnetes Lenkelement, das vertikal über die oberste Elektrode des vertikalen Stapels verläuft und die Strömung des Bads und der Metallschmelze in den Zwischenräumen zwischen übereinanderliegenden Elektroden im vertikalen Stapel verstärkt und die Aufwärt sströmung des Bads, die in Aufwärtsströmkanal auftritt, seitlich über die oberste Elektrode lenkt, aber unter dem

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Badspiegel hält, wobei die seitliche Strömungsrichfcung des Bades unter dessen Spiegel die Möglichkeit wesentlich reduziert , daß Metallschmelze den Badspiegel durchstoßen kann.

Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem vertikalen Lenkelement um. ein massives Wandelement handelt, dessen oberste Kante unter dem Badspiegel liegto

3. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vertikale Lenkelement mit einer Vielzahl waagerecht verlaufender öffnungen unter dem Badspiegel und über der obersten Elektrode versehen ist, so daß das Lenkelement eine aufwärtsströmung des Bads und Metalls seitlich und unter dem Badspiegel umlenkte

4-, Zelle nach Anspruch 1, dadurch g skennze ic hnet, daß das vertikale Lenkelement mit mindestens einer waagerecht verlaufenden Öffnung versehen ist, die der Bad- und Metallströmung seitlich unter dem Badspiegel zu verlaufen gestattet, wobei in der öffnung eine abwärts vorstehende Leiste angeordnet ist, die in dieser öffnung Gas abfängt, das in der seitlich verlaufenden Badströmung vorhanden sein kann_o

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