DE2943295C2

DE2943295C2 - Vorratsbunker für eine Einschlagvorrichtung

Info

Publication number: DE2943295C2
Application number: DE2943295A
Authority: DE
Inventors: Erwin Venthone Arnold; Hans Steg Friedli
Original assignee: Schweizerische Aluminium AG
Current assignee: Alcan Holdings Switzerland AG
Priority date: 1979-09-10
Filing date: 1979-10-26
Publication date: 1983-02-03
Also published as: NO154401C; CA1141335A; US4332660A; ATE3309T1; DE2943295A1; EP0025414B1; EP0025414A1; NO802641L; JPS5644786A; NO154401B

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Tonerde und Hilfsstoffe enthaltenden Vorratsbunker für eine Einschlagvorrichtung zum Brechen der erstarrten Kruste eines Elektrolyseofens, insbesondere zur Herstellung von Aluminium.

Für die Gewinnung von Aluminium durch Elektrolyse von Aluminiumoxid wird dieses in einer Fluoridschmelze gelöst, die zum größten Teil aus Kryolith besteht. Das kathodisch abgeschiedene Aluminium sammelt sich unter der Fluoridschmelze auf dem Kohleboden der Zelle, wobei die Oberfläche des flüssigen Aluminiums die Kathode bildet In die Schmelze tauchen von oben Anoden ein, die bei konventionellen Verfahren aus amorphem Kohlenstoff bestehen. An den Kohleanoden entsteht durch die elektrolytische Zersetzung des Aluminiumoxids Sauerstoff, der sich mit dem Kohlenstoff der Anoden zu CO2 und CO verbindet Die Elektrolyse findet in einem Temperaturbereich von etwa 940—950° C statt

Im Laufe der Elektrolyse verarmt der Elektrolyt an Aluminiumoxid. Bei einer unteren Konzentration von 1 —2 Gew.-% Aluminiumoxid im Elektrolyten kommt es plötzlich zum Anodeneffekt der sich in einer plötzlichen Spannungserhöhung von beispielsweise 4—4,5 V auf 30 V und darüber auswirkt Spätestens dann muß die Kruste eingeschlagen und die Aluminiumoxidkonzentration durch Zugabe von neuem Aluminiumoxid (Tonerde) angehoben werden.

Die Zelle wird im normalen Betrieb üblicherweise periodisch bedient auch wenn kein Anodeneffekt auftritt Außerdem muß bei jedem Anodeneffekt die Badkruste eingeschlagen und die Tonerdekonzentration durch Zugabe von neuem Aluminiumoxid angehoben werden, was einer Zellenbedienung entspricht

Zur Zellenbedienung ist über lange Jahre die Kruste aus erstarrter Schmelze zwischen den Anoden und dem Seitenbord der Elektrolysezelle eingeschlagen und anschließend neues Aluminiumoxid zugegeben worden. Diese heute noch weitgehend angewandte Praxis stößt auf zunehmende Kritik wegen Verschmutzung der Luft in der Elektrolysehalle und der äußeren Atmosphäre. Die Forderung nach Kapselung der Elektrolyseöfen und die Behandlung der Abgase ist in den letzten Jahren zunehmend zur zwingenden Notwendigkeit geworden. Eine maximale Zurückhaltung der Elektrolysegase durch Kapselung kann jedoch nicht gewährleistet werden, wenn eine klassische Längsseitenbedienung zwischen den Anoden und dem Sdtenbord der öfen erfolgt

In neuerer Zeit sind deshalb die Aluminiumhersteller immer mehr zur Bedienung in der Ofenlängsachse übergegangen. Nach dem Einschlagen der Kruste erfolgt die Tonerdezugabe entweder lokal und kontinuierlich nach dem »Point-Feeder«-Prinzip oder nicht kontinuierlich über die ganze Ofenlängsachse verteilt In beiden Fällen ist auf der Elektrolysezelle ein Vorratsbunker für die Tonrrde angeordnet Entsprechendes gilt für die von der Anmelderin in jüngerer Zeit vorgeschlagene Querbedienung der Elektrolyseöfen nach der DE-OS 27 31 908.

Die bekannten auf den Elektrolyseöfen angeordneten Vorratsbunker bzw. Tonerdesilos — wie zum Beispiel in der CH-PS 2 90 658 — sind in Form von Trichtern oder Behältern mit einem trichterförmigen Unterteil ausgebildet. Der Inhalt des oder der auf dem Ofen angeordneten Behälters) deckt im allgemeinen einen 1 -2fachen Tagesbedarf.

Während des Elektrolyseprozesses verarmt der schmelzflüssige Elektrolyt nicht nur an Tonerde, sondern auch an Hilfsstoffen, beispielsweise Kryolith und/oder Aluminiumfluorid, d. h. Flußmitteln. In diesem Falle sind drei Arten bekannt, dem Bad die benötigten Hilfsstoffe zuzuführen:

— Die Ofenkapselung wird geöffnet und die Hilfsstoffe werden beim Einschlagen der Kruste, manuell

\ΐ oder mit mobilen litdisnungsvorrichtungen zuge-

'i führt(DE-OS 25 10 400);

; — die Hilfsstoffe werden über die Förderleitung für ' die Tonerde in den Vorratsbunker geführt (US-PS

; 37 14 002):

— die Hilfsstoffe werden in einer separaten Förderleitung eipTTi über dem Schlagmeißel liegenden hohlen Gehäuse zugeführt, von wo sie in das Bad gelangen können (DE-AS 21 35 485).

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Alle bekannten Ausführungsformen für die Zugabe ' von Hilfsstoffen weisen jedoch Nachteile auf:

— Jedes zusätzliche Öffnen der Ofenkapselung belastet die Hallenatmosphäre und bedeutet daher eine Verschlechterung der Arbeitsplatzhygiene.

— Werden die Hilfsstoffe in einem geschlossenen System in einen Vorratsbunker geschüttet, so kann es bis zu einem Tag oder länger dauern, bis sie dem Bad zugeführt werden. Ein optimaler Ofengang ist nicht mehr gewährleistet

— Die Anordnung von separaten Förderleitungen, Druckbehältern, Dosiergeräten und Auslaufen bedingt einen bedeutenden finanziellen und technischen Mehraufwand.

Die Erfinder haben sich deshalb die Aufgabe gestellt, einen Vorratsbunker für eine Einschlagvorrichtung zum Brechen der erstarrten Kruste eines Elektrolyseofens und ein Verfahren zum Zuführen der Tonerde zu schaffen, welche ohne wesentliche Mehrkosten ein zeitlich nicht verzögertes Zuführen von Hilfsstoffen in : geschlossenem Materialfluß erlauben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Vorratsbunker in einen großen Behälter für

ΐ Tonerde und einen kleinen Behälter für die Hilfsstoffe unterteilt ist und unter den Behältern ein Abschlußschieber, eine Dosiervorrichtung und ein gemeinsames, zur Einschlagstelle in der Kruste führenden Auslaufrohr angeordnet sind.

Zweckmäßig verzweigt sich die vom Druckbehälter mit Tonerde und/oder Hilfsstoffen gespiesene Förderleitung kurz vor dem oder unmittelbar nach dem Eintritt in einen mit einem Deckblech versehenen Vorratsbunker. Ein Ende der verzweigten Förderleitung befindet

{ sich über dem großen Behälter für die Tonerde und ist ■ft mit mehreren Auslaßstutzen versehen. Die andere ^kv Verzweigung der Förderleitung endet über dem kleinen

' Behälter für die Hilfsstoffe und ist je nach Dimension dieses kleinen Behälters, mit einem oder mehreren so Auslaßstutzen versehen. Die beiden Endstücke der Förderleitung liegen vorzugsweise auf einer Horizontal- ·: ebene. In der Verzweigung oder kurz nachher sind

\ geeignete Umleitungs- bzw. Absperrorgane vorgesehen, welche folgende Fördermöglichkeiten erlauben:

— Das Fördergut fließt durch beide Endstücke in beide Behälter.

— Das Fördergut fließt durch ein Endstück in den großen oder in den kleinen Behälter.

— Beide Endstücke sind für das Fördergut abgeschlossen.

Nach einer anderen Variante der Erfindung ist im oberen Bereich eines mit einem Deckblech versehenen *>5 Vorratsbunkers ein mit mehreren Auslaßstutzen versehenes Ende einer Förderleitung für die Zufuhr von Tonerde bzw. Hilfsmittel angeordnet. Der kleine Behälter for die Hilfsstoffe liegt direkt unter dem in Förderrichtung letzten Auslaßstutzen des Förderrohres für die Tonerde, In der Abzweigung der Auslaßstutzen oder in den Auslaßstutzen sind Umleitungs- bzw. Absperrorgane vorgesehen.

Besonders geeignet ist in allen Varianten der Einsatz von Rohrstücken mit Druckluftförderung und Verzweigungen davon, wie in der DE-OS 2040 602 beschrieben. In diesem Fall kann mindestens ein Teil der Umleitungsbzw. Absperrorgane in der Förderleitung durch solche in der Druckluftleitung ersetzt werden.

Das Volumen des kleinen Behälters liegt bevorzugt zwischen 0,5 und 25 VoL-%, vorzugsweise 5—20 Vol.-%, des Gesamtvolumens des Vorratsbunkers.

Nach einer ersten Ausführungsvariante des Vorratsbunkers sind der große und der kleine Behälter durch eine ungefähr vertikal angeordnete, ebene Scheidewand, welche entfernt werden kann, getrennt.

Nach einer zweiten Ausführungsvariante ist der kleine Behälter rohrförmig ausgebildet Dieser rohrförmige Behälter kann, vertikal oder IeiciK schräg, in den Vorratsbunker gestellt werden. Er hat di^ folgenden Vorteile:

— ortsunabhängige Anordnung im Silo,

— bessere Raumausnützung,

— in der Höhe verstellbar, das Mischverhältnis kann durch Hochziehen des Rohres eingestellt werden.

Die Prozeßsteuerung erfolgt durch eine zentrale EDV-Anlage, weiche auch die Zufuhr der Hilfsstoffe, vorzugsweise in den ebenfalls für die Tonerdebeschikkung verwendeten Druckbehälter auslöst und steuert. Die Hilfsstoffe können jedoch auch in einen wesentlich kleineren, in die Förderleitung für die Tonerde mündenden Druckbehälter gegeben werden.

Die Hilfsstoffe sind im schmelzflüssigen Elektrolyten besser löslich, wenn sie nicht ausschließlich als solche, sondern vermischt mit Tonerde zugegeben werden, beispielsweise 2 Teile Hilfsstoff und 1 Teil Tonerde.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung schematisch dargestellter bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht einer Beschickungsvorrichtung mit eine vertikale ebene Scheidewand aufweisendem Vorratsbunker und

F i g. 2 die Seitenansicht einer Beschickungsvorrichtung mit einem rohrförmigen Behälter im Vorratsbunker.

In Fig. 1 ist ein Vorratsbunker 10 mit einem großen Behälter 12 für die Tonerde und einem kleinen Behälter 14 für Hilfsstoffe, wie z. B. Kryolith, Aluminiumfluorid und gemahlene Flußkrusten, dargestellt, der einem nicht wiedergegebenen Elektrolyseofen zugeordnet ist

Die beiden Behälter 12, 14 sind durch eine vertikal angeordnete ebene Scheidewand 16 getrennt Ein den Vorratsbunker 10 nach unten begrenzender Abschlußschieber 20 kann ein- oder zweiteilig ausgebildet sein; ein in der Ebene der Scheidewand 16 zweigeteilter Abschlußschieber 20 kann als Mischorgan eingesetzt werden, indem die beiden Schieberhälften je nach gewünschtem Anteil verschieden weit herausgezogen werden.

Ein an der Unterseite des Vorratsbunkers 10 vorgesehen ^r Flansch 22 ist mit einer Dosiervorrichtung 24 verbunden, die beispielsweise als Tonerdeschublade ausgebildet sein kann. In einem begrenzten

Dosierraum wird durch ein Kolbensystem pro Hub eine bestimmte Menge Tonerde bzw. Hilfsstoff, /.. B. I kg, in ein Auslaufrohr 26 gestoßen und über den unteren schrägen Teil des Auslaufrohrs einer von einem in der Zeichnung nicht wiedergegebenen Meißel durchstoße- ϊ nen Stelle einer im Elektrolyseofen vorhandenen Kruste zugeführt.

Im oberen Teil des Vorratsbunkers IO ist ein Ende einer von diesem zu einem Druckbehälter führenden Förderleitung 30 erkennbar. Auslaßstutzen 34 dieses in Endstücks münden alle in den großen Behälter 12 für die Tonerde. Das andere, auf derselben Horizontalebene über den AuslaOstutzen 32 in den kleinen Behälter 14 mündende Endstück ist in F i g. 2 gezeichnet, wo das über dem großen Behälter 12 endende Rohrstück r> weggelassen ist.

Der in Fig. 2 dargestellte Vorratsbunker 10 für Tonerde unterscheidet sich auch in bezug auf die Zufuhr und den Wegfluß von Tonerde bzw. Hilfsstoffen vom Äusführungsbeispiei der Fig. i lediglich durch die jn anders gestaltete Unterteilung in einen großen Behälter 12 und einen kleinen Behälter 14, der durch eine Rohrwandung 18 abgegrenzt ist. Der endwärtige Auslaufstutzen 32 der Förderleitung 30 ist oberhalb des rohrförmigen Behälters 14 angeordnet. Ein gegebenen- 2> falls einzustellendes Mischungsverhältnis zwischen Tonerde und Hilfsstoffen kann nicht nur mit einem zweiteiligen Abschlußschieber 20. sondern auch durch Anheben des als Rohr ausgebildeten Behälters 14 erreicht werden. jo

Ist der Elektrolyt im Elektrolyseofen an Hilfsstoffen verarmt und z. B. alkalisch oder /u sauer geworden, und sind beide Behälter 12, 14 mit Tonerde gefüllt, so wird der Abschlußschieber 20 derart eingestellt, daß nur Tonerde aus dem kleinen Behälter 14 ausfließt. Das Rohrstück für die Tonerde mit den Auslaßstutzen 34 wird verschlossen, die benötigten Hilfsstoffe werden in den Druckbehälter eingeführt und über die Förderleitung 30 und den Auslaßstuizen 32 in den kleinen Behälter 14 geführt. Bei daran geöffnetem Abschlußschieber 20 werden die Hilfsstoffe, gegebenenfalls mit einem Anteil Tonerde, über die Dosiervorrichtung 24 und das Auslaufrohr 26 in den Fluß geleitet. Dieses Verfahren ist jedoch nur zweckmäßig, wenn das Volumen des kleinen Behälters 14 verglichen mit dem Gesamtvolumen des Vorratsbunkers 10 klein ist, weil sonst bis zum Entleeren zu viel Zeit verstreichen kann. Bei der Chargierung mit Tonerde kann deshalb der endwärtige Auslaßstutzen 32 oder die Eintrittsöffnung in den kleinen Behälter 14 geschlossen werden, so daß die gesamte Tonerde in den großen Behälter Yl gelangt. Der kleine Behälter 14 bleibt leer und kann jederzeit für die rasche Zufuhr von Hilfsstoffen zum Bad verwendet werden.

Eine schräg verlaufende Behälterwand 28 muß mindestens dem Schüttkegclwinkel des am schlechtesten fließenden Materials entsprechen.

Bei allen Ausführungsformen des Vorratsbunkers 10 werden die Prozeßschritte zum Zuführen von Tonerde und Hilt'sstoffen, zum Einstellen des Abschlußschiebers 20 und zum Betätigen der Dosiervorrichtung 24 mittels einer zentralen EDV-Anlage ausgelöst und gesteuert.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

U Vorratsbunker für eine Einschlagvorrichtung zum Brechen der erstarrten Kruste eines Elektrolyseofens, insbesondere zur Herstellung von Alumini- um, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsbunker (tO) in einen großen Behälter (12) für Tonerde und einen kleinen Behälter (14) für Hilfsstoffe unterteilt ist, und unter den Behältern (12, 14) ein Abschlußschieber (20), eine Dosiervorrich- ₎₀ tung (24) und ein gemeinsames, zur Einschlagstelle in der Kruste führendes Auslaufrohr (26) vorgesehen sind.
2. Vorratsbunker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der große und der Weine Behälter (12, 14) durch eine vertikale, ebene Scheidewand (16) getrennt sind.
3. Vorratsbunker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheidewand (16) hochziehbar ist
4. Vofrartsbunker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kleine Behälter (14) in Form eines Rohres ausgebildet und in den Vorratsbunker (10) gestellt ist
5. Vorratsbunker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der kleine Behälter (18) hochziehbar ist
6. Vorratsbunker nach einem der Ansprüche 1 —5, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des kleinen Behälters (14) 0,5—25 Vol.-%, vorzugsweise 5—20 VoL-%, des gesamten Volumens des Vorratsbunkers (10) -.usmachL
7. Vorratsbunker nach einem der Ansprüche I —6, dadurch gekennzeichnet daß der Vorratsbunker (10) mit einem Deckblech geschlossen ist, und unterhalb davon die Förderleitung (30; für Tonerde und Hilfsstoffe von einer Verzweigung unmittelbar vor oder nach dem Eintritt in den Vorratsbunker (10) für Tonerde in zwei blind endenden, aber mit Auslaßstutzen (34) versehenen Rohrstücken in den großen bzw. kleinen Behälter (12 bzw. 14) geführt ist, wobei mindestens ein Auslaßstutzen (32) des einen Rohrstückes im Bereich des kleinen Behälters (14), und mehrere Auslaßstutzen (34) des anderen Rohrendstiicks im Bereich des großen Behälters (12) angeordnet sind.
8. Vorratsbunker nach einem der Ansprüche 1 —6, dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem Deckblech geschlossen ist, und unterhalb davon die Förderleitung (30) für Tonerde und Hilfsstoffe, blind endend, aber mit Auslaßstutzen (32,34) versehen, in den Vorratsbunker (10) geführt ist wobei der endwärtige Auslaßstutzen (32) im Bereich des kleinen Behälters (14), die übrigen Auslaßstutzen (34) im Bereich des großen Behälters (12) angeordnet sind.