DE3035017C1 - Anodentraegersystem fuer eine Schmelzflusselektrolysezelle - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Anodenträgersystem für die Stromzufuhr zu einer Schmelzflußelektrolysezelle. insbesondere zur Herstell'jp;5 von Aluminium, das aus wenigstens je zwei horizontal angeordneten Anodenschienen und mit diesen stirnseitig verbundenen Leiterplatten besteht, und an mindestens zwei Stellen vollständig aufgetrennt, jedoch mit elektrisch isolierendem Material mechanisch stabil verbunden ist.

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 Fluoridsehmelze auf dem Kohleboden der Zelle, wobei die Oberfläche des flüssigen Aluminiums die Kathode bildet. In die Schmelze tauchen von oben an Traversen befestigte 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 COj und CO verbindet. Die Elektrolyse findet im allgemeinen in einem Temperaturbereich von etwa 940-970⁰C statt. Im Laufe der Elektrolyse verarmt der Elektrolyt an Aluminiumoxid. Bei einer unteren Konzentration von I —2 Gew.-% Aluminiumoxid im Elektrolyten kommt es zum Anodeneffekt, der sich in einer stufenförmigen Spannungserhöhung von beispielsweise 4—4,5 V auf 30 V und darüber auswirkt. Spätestens dann muß die aus erstarrtem Elektrolysemalerial gebildete Kruste eingeschlagen und die Aluminiumoxidkonzentration durch Zugabe von neuem Aluminiumoxid (Tonerde) angehoben werden.

Im normalen Betrieb wird die Elektrolysezelle üblicherweise periodisch bedient, auch wenn kein Anodeneffekt auftritt, indem die Kruste eingeschlagen und Tonerde zugegeben wird.

Bei Vergrößerung der Zellenstromstärke über 50 kA

(Kiloampere) hinaus machen sich schädliche magnetische Effekte bemerkbar, wie z, B, eine verstärkte Aufwölbung des flüssigen Metalles oder dessen Strömung. Die Ursachen dieser beiden Effekte werden > in der betreffenden Fachliteratur ausführlich beschrieben und haben zu zahlreichen Vorschlägen zu ihrer Beseitigung geführt. Auch die Nachteile der Aufwölbung und Strömung des Metalls sind Gegenstand zahlreicher Veröffentlichungen.

to Die beiden erwähnten magnetischen Effekte sind jedoch gegenüber einem weiteren magnetischen Effekt, dem der umlaufenden Metallwelle, abzugrenzen. Diese Metallwelle läuft, je nach der allgemeinen Stromrichtung in der Halle, im Uhrzeiger- oder Gegenuhrzeiger- sinn, entlang des Bordes der Elektrolysezeile.

Alle drei genannten magnetischen Phänomene haben jedoch eine gemeinsame Ursache: Sie werden durch eine ungünstige Verteilung von Stromd'^hten und magnetischer Induktion in der Schmelze hervorgerufen.

Ist eine in der einen oder anderen Richtung umlaufende Metallwelle entstanden, so ist deren Folge die Ausbildung eines Wechselstromes, weicher seinerseits für die Erhaltung und Fortpflanzung der Metallwelle verantwortlich ist In der schweizerischen Patentan-

2> meldung 10 704/79 wird vorgeschlagen, ein aus wenigstens je zwei horizontal angeordneten Anodenschienen und mit diesen stirnseitig verbundenen Leiterplatten gebildete Anodensystem an mindestens zwei Stellen vollständig aufzutrennen, jedoch mit elektrisch isolie-

jo rendem Material mechanisch stabil zu verbinden. Eine galvanische Verbindung von Teilstücken derselben Schiene des Anodenträgersystems besteht nur über die vorhergehende Elektrolysezelle. Die elektrisch isolierenden Auftrennungen sind entsprechend der Schienen- führung von einer Zelle zur anderen so angebracht, daß die in die einzelnen Teilstücke des Anodenträgersystems eingespeisten Teilströme des Zellengleichslromes jeweils von den an diesem Teilstück befestigten Anodenstangen unter Führung ihres Nennstromes abgenommen werden können. Bei stirnseitiger Stromzufuhr weisen Anodenschienen bzw. Trägerplatten höchstens je eine elektrisch isolierende Auftrennung auf. Die an den Trennstellen angebrachten elektrisch isolierenden Materialien bewirken, daß die Auftrennung bleibenden Charakter besitzt.

Im Verlaufe des Elektrolyseverfahrens können bei gestörter kathodischen Stromverteilung Störungen, sowohl in der elektrisch vorgeschalteten Zelle, wie auch

so in der betrachteten Zelle selbst, auftreten. Diese Störungen können schädliche magnetische Bewegungen de-- flüssigen Aluminiums oder Verformungen seiner Oberfläche provozieren, obwohl rotierende Metallwellen unterbunden bleiben.

Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, in einer Schmelzflußelektrolysezelle, insbesondere zur Herstellung von Aluminium, mit stark verminderten oder unterdrückten Metallwellen, ein Anodenträgersystem zu schaffen, das die Ausschaltung von schädlichen Störungen in Form von magnetischen Bewegungen oder Oberflächenverformungen des elektrolytisch abgeschiedenen Metalles erlaubt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Anordnung von die isolierenden Auftrennungen parallel überbrückenden Schaltern gelöst.

Diese Überbrückung der bleibenden Auftrennungen in der Traverse bewirkt, daß bei gestörter kathodischer Stromverteilung die Ausgleichsströme im Anoden-

trägersystem der Folgezelle nicht nur Pber Teilstücke, sondern Pber die ganze Traverse fließen können. Dadurch werden schädliche Störungen in Form von magnetischen Bewegungen oder Oberfläehenverformungen weitgehend ausgeschaltet

Die Ausgleichsströme sind Gleichströme und nicht mit den Wechselströmen identisch, welche für die Aufrechterhaltung der rotierenden Metallwelle verantwortlich sind.

Verglichen mit den massiven Schienenquerschnitten der Traverse ist der Leiterquerschnitt des Schalters verhältnismäßig gering, er beträgt beispielsweise 1 — 10% des Schienenquerschnittes. Die Schalter, welche die isolierenden Trennstellen überbrücken sollen, werden zweckmäßig auf der Traverse selbst angebracht.

In modernen Elektrolysehallen werden die Schalter automatisch, insbesondere mittels EDV gesteuert und

durch eine elektromagnetisch arbeitendes Betätigungsorgan geschlossen und geöffnet.

Bei normal arbeitender Elektrolysezelle sind die Überbrückungen geschlossen, die Ausgleichsströme können also über die ganze Traverse fließen. Bilden sich umlaufende Metallwellen aus, so werden die Überbrükkungen geöffnet, wodurch die zwischen den elektrisch isolierenden Auftrennungen liegenden Teile der Traverse voneinander getrennt sind. Nach dem Abklingen der umlaufenden Metallwellen werden die Überbrückungen wieder geschlossen.

Das Auftreten einer Metallschwingung bzw. Oberflächenverformung wird nach bekannten Verfahren, z. B. durch Registrierung der Ströme in den Anodenstangen, festgestellt, und bei der Verwendung eines automatisierten Systems der notwendige Steuerimpuls von einer EDV-Anlage ausgelöst.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Anodenträgersystem für die Stromzufuhr zu einer SchmelzfluQelektrolysezelle, insbesondere zur Herstellung von Aluminium, mit einem an mindestens zwei Stellen vollständig aufgetrennten jedoch mit elektrisch isolierendem Material stabil verbundenen Anodenträgersystem aus wenigstens je zwei horizontal angeordneten Anodenschienen und mit diesen stirnseitig verbundenen Leiterplatten, wobei eine galvanische Verbindung von Teilstücken derselben Schiene des Anodenträgersystems nur über die vorhergehende Zelle besteht, die elektrisch isolierenden Auftrennungen entsprechend der Schienenführung von einer Zelle zur andern so angebracht sind, daß die in die einzelnen Teilstücke des Anodenträgersystems eingespeisten Teilströme des Zellengleichstromes jeweils von den an diesem Teilstück befestigten Anodenstangen unter Führung ihres Nennstromes abgenommen werden können, und Anodenschienen bzw. Trägerplatten bei stirnseitiger Stromzufuhr höchstens je eine elektrisch isolierende Auftrennung aufweisen, gekennzeichnet durch die Anordnung von die isolierenden Auftrennungen parallel überbrückenden Schaltern.