DE3127923C1 - Anodischer Aufbau einer Schmelzflusselektrolysezelle zur Herstellung von Aluminium und damit ausgerüstete Halle - Google Patents

Description

• Insbesondere bei größeren Abständen zwischen den anodischen Leiterprofilen sind deshalb noch Verstärkungsprofile vorzusehen. Weiter ist die Oberfläche des Laufsteges vorzugsweise thermisch isoliert, damit die Elektrolysezelle mit normalem Industrieschuhwerk betreten werden kann. Zur Beobachtung des Mittelbereichs der Zelle können schließlich im Laufsteg verschließbare Öffnungen ausgespart sein.
• Zweckmäßig ist der Steg so angeordnet, daß die beiden anodischen Leiterprofile als schützendes Geländer dienen.
• Mindestens auf einer Seite der Elektrolysezelle ist ein treppenförmiger Aufgang angeordnet. Bei nur einer Treppe ist der Laufsteg auf der anderen Seite der Elektrolysezelle mit einem Geländer geschützt.
• Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist oberhalb des Steges ein mindestens mannshohes Gehäuse ausgebildet, das gegen unten dicht verschließbar ist und belüftet werden kann. Vorzugsweise sind die Zufuhrrohre für Tonerde und Flußmittel sowie der Abgaskanal in diesem Gehäuse, das sich wie der Laufsteg über die ganze Zellenlänge erstreckt, angeordnet. Falls eine Krustenbrechvorrichtung im Bereich der Zellenlängsachse montiert ist, führt sie ebenfalls durch das Gehäuse.
• Wenn nicht alle wichtigen funktionellen Teile des anodischen Zellenaufbaus im Gehäuse zugänglich angeordnet sind, können an geeigneten Stellen verschließbare Ausstiegslucken vorgesehen sein.
• Der Einstieg in das Gehäuse erfolgt von einer Frontseite. Eine entsprechende Belüftungsleitung sorgt dafür, daß im Gehäuse stets ein geringer Überdruck vorhanden ist. So kann der Arbeiter seine Überwachungs- und Reparaturarbeiten stets in absolut einwandfreier Atmosphäre durchführen. Der geringe Überdruck von zweckmäßig <1 1 mm Wassersäule, erzeugt durch die Frischluftzufuhr, gewährleistet eine genügende Anzahl Luftwechsel pro Stunde. Die durch das Gehäuse strömende Frischluft ermöglicht gleichzeitig eine Kühlung der anodischen elektrischen Leiter, was sich für deren Leitfähigkeit vorteilhaft auswirkt.
• Der obere Teil des Gehäuses kann aus durchsichtigem Material, beispielsweise Plexiglas bestehen. Dadurch können zahlreiche Arbeiten bei natürlichem Tageslicht durchgeführt sowie die äußeren Teile der Elektrolysezelle und deren nähere Umgebung beobachtet werden.
• Um zu vermeiden, daß der Laufsteg oder gegebenenfalls das ganze Gehäuse anodisches Potential hat, werden die anodischen Leiterprofile vor der Montage des Steges mit einem isolierenden Material belegt. Aus Sicherheitsgründen kann der aus dem Vertikalbereich der Elektrolysewanne hinausragende Teil des Laufsteges aus elektrisch isolierendem Material bestehen.
• Erfindungsgemäß ist eine Halle mit einer asymmetrisch angeordneten Reihe von quergestellten Schmelzflußelektrolysezellen zur Herstellung von Aluminium mit einem betretbaren Gehäuse, das einen mindestens teilweise mit verschließbaren Öffnungen versehenen Boden aufweist, gekennzeichnet durch - eine lösbare Verlängerung der Gehäuse zu der benachbarten Längswand, - je einen dem inneren Gehäusequerschnitt entsprechenden Durchbruch in der Längswand, und - einen auf der Höhe der Durchbrüche angeordneten, sich über die ganze innere oder äußere, zu der Zellenreihe benachbarten Hallenlängswand erstreckender luftdichter Gang mit Frischluftzufuhr.
• Die der Zellenreihe benachbarte Längswand der Elektrolysehalle hat normalerweise einen Abstand von 1-2 m von der Stirnseite der Zellen. Der sich über die ganze Hallenlängswand erstreckende Gang kann innen oder außen angeordnet sein. Im ersten Fall sind die Durchbrüche in der Längswand des Ganges, im zweiten Fall in der Hallenlängswand. Die Verlängerung der Zellengehäuse bis zum sich über die ganze Hallenlänge erstreckenden Gang erlaubt, daß der Arbeiter für die Mehrzahl von Kontroll- und Bedienungsarbeiten keine Hallenluft einatmen muß. Über eine Treppe gelangt er in den Gang und kann sich von dort aus in geschützter Atmosphäre auf die Elektrolysezelle begeben. Die Frischluft wird direkt in den Gang eingeblasen; sie hält das ganze System auf einem geringen Überdruck, welcher das Eindringen von Hallenluft verhindert Damit zwischen der Elektrolysezelle und der Längswand eine gewisse Flexibilität vorhanden ist, kann dazwischen ein lösbarer Balg aus synthetischem Material angeordnet sein, oder die Verlängerung des Zellengehäuses kann teleskopartig in einen den Durchbruch in der Längswand umgebenden Aufsatz geschoben werden.
• Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
• Die perspektivischen Darstellungen zeigen schematisch F i g. 1 eine Schmelzflußelektrolysezelle zur Herstellung von Aluminium mit geöffneter Stirnseite, und F i g. 2 eine Halle mit asymmetrisch in Reihe angeordneten Elektrolysezellen.
• Der kathodische Teil einer Elektrolysezelle 10 zur Herstellung von Aluminium im Schmelzfluß umfaßt eine Stahlwanne 12 mit einem Verstärkungsprofil 14 am Zellenbord. Der untere Teil der Stahlwanne 12 ist mit einer Isolationsschicht 16 belegt, der Seitenbereich mit Bordblöcken 18. Mittels einer im wesentlichen aus Kohlenstoff bestehenden Stampfmasse 20 sind die Kathodenblöcke 22, welche die eisernen Kathodenbarren 24 enthalten, in der Zelle verankert.
• In das Bad, welches unten aus flüssigem Aluminium 26 und oben aus dem Elektrolyten 27 besteht, tauchen Kohleanoden 28 ein, welche über Spaten 30 von Anodenstangen 32 getragen werden.
• Im vorliegenden Beispiel wird der Anodenhub paarweise eingestellt; je zwei Anodenstangen 32 sind lösbar an einem Anodenträger 34 befestigt. Diese Anodenträger 34 können mit einem Hubgetriebe 36 in vertikaler Richtung verschoben werden. Dieses Hubgetriebe besteht im wesentlichen aus einem Untersetzungswinkelgetriebe 38, das auf eine nicht sichtbare, in einem Spindelgehäuse 40 angeordnete Spindel einwirkt Anstelle des gezeigten Doppelanodenantriebs kann auch eine sich über die ganze Zellenlänge erstreckende Traverse angeordnet werden, welche die Gesamtheit aller Anodenstangen 32 hebt bzw. senkt, oder die Anoden können einzeln mit Antriebsaggregaten ausgestattet sein.
• Die Zufuhr des elektrischen Gleichstromes erfolgt über starr angeordnete anodische Leiterprofile 42. Von diesen anodischen Leiterprofilen führen nicht dargestellte flexible Stromleitungsbänder zu den Anodenträgern 34.
• Beim Anodenwechsel werden gleichzeitig beide an einem Anodenträger 34 angehängte Anoden 28 ersetzt, indem die Anodenschlösser 44 geöffnet werden. Durch Betätigung des Antriebmotors 46 wird der Anodenträger 34 gehoben, bis die neuen Anoden auf dem richtigen Niveau eingesetzt werden können.
• Zwischen den anodischen Leiterprofilen 42 ist ein aus einem Stahlblech gebildeter Laufsteg 46 angeordnet, welcher auch den zentralen Teil der Zellenkapselungbildet. Der Seitenbereich der Zelle ist mit abhebbaren Deckeln 48 verschlossen.
• Über dem Laufsteg 46 ist ein Zellengehäuse 50 angeordnet, welches Schutz gegen die Hallenatmosphäre bietet. Der untere Teil des Zellengehäuses 50 besteht aus mindestens zwei Längsträgern 52, der obere Teil 54 aus von zwei Winkelprofilen 53 gestützten Plexiglasplatten.
• Bei kleineren Elektrolysezellen können die anodischen Leiterprofile 42 zugleich die tragenden Teile des anodischen Aufbaus sein. Bei größeren Elektrolysezel len wird diese tragende Funktion von den Längsträgern übernommen.
• Die im Gehäuse 50 angeordneten Zufuhrleitungen für Tonerde und Flußmittel, die Pneumatikleitungen, die elektrischen Leitungen und der Kanal für-die Rohgasabsaugung sind übersichtshalber nicht eingezeichnet Die m F i g. 2 dargestellte Halle 56; 1h-ält -asymmetrisch angeordnet - quergestellte- Elektrolysezellen 10. Die Zellengehäuse 50 sind in Richtung der 1-1,5 m entfernten Hallenlängswand 58 verlängert und führen zu einem Durchbruch gleichen Querschnitts. Ein im Halleninnern auf den Durchbmck- aufgesetzter Aufsatz 60 ist über einen Balg 62 aus synthetischem elastischem Material lösbar mit dem auf dieser Stirnseite der Zelle offenen Zellengehäuse 50 verbun den. Auf der gegenüberliegenden Stirnseite ist das Zellengehäuse 50 offen.
• Auf der Außenseite der Hallenlängswand 58 ist ein Gangiange 64 angebaut, welcher sich über deren ganze Länge erstreckt Der Boden dieses Ganges 64 ist niveaugleich mit den zu den Zellengehäusen 50 führenden Durchbrüchen in der HallenLängswand 58. Frischluftgebläse münden in diesen Gang 64 und erzeugen in den Zeliengehäusen 50 einen leichten Überdruck. Durch die offene Stirnseite entweicht die Frischluft und verunmöglicht das Eindringen von Hallenatmosphäre.
• Jede Elektrolysezelle ist mit einem Tagessilo 66 ausgerüstet, der im vorliegenden Fall im Halleninnern angeordnet ist. Eine gravimetrisch oder volumetrisch arbeitende Dosiervorrichtung 68 bekannter Bauart kann die Eiektrolysezelle 10 mit der notwendigen Tonerde nnd Flußmitteln versorgen. Die Elektrolysezelle 10 wird an drei Orten gespeist, ein Verteiler 70 bekannter Bauart sorgt für eine gleichmäßige Versorgung aller drei »Point-Feeder« über drei Verteilerrohre 72.
• Nach weiteren, nicht dargestellten Varianten können - die Tägesstos 66-innen, die Dosiervorrichtungen 68 undldie Verteiler 70 außen, oder - die Tagessslos 66, die Dosiervorrichtungen 68 und die Verteiler 70 außen angeordnet sein. Dosiervorrichtungen 68 und Verteiler 70 sollen vom Gang 64, der bevorzugt vom Halleninnern aus betretbar ist, aus bedient werden können.

Claims (10)

1. Patentansprüche: 1. Anodischer Aufbau einer gekapselten Schmelzflußelektrolysezelle zur Herstellung von Aluminium mit durch räumlich getrennte anodische Leiterprofile gespeisten Anodenstangen, welche die Anode/n tragen, gekennzeichnet durch einen zwischen den anodischen Leiterprofilen (42) über die ganze Zellenlängen angeordneten, von wenigstens einer Stirnseite der Elektrolysezelle (10) aus betretbaren, elektrisch isolierten Laufsteg (46).
2. 2. Aufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anodischen Leiterprofile (42) m voneinander entfernt sind.
3. 3. Aufbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die über die Vertikalprojektion der Elektrolysewanne hinausragenden Teile des Laufsteges (46) aus elektrisch isolierendem Material bestehen.
4. 4. Aufbau nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Laufsteg (46) ein Zellengehäuse (50) angeordnet ist, das auf mindestens einer Stirnseite offen ist.
5. 5. Aufbau nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Seitenwänden des Zellengehäuses (50) verschließbare Ausstiegslucken angeordnet sind und der Laufsteg (46) mit verschließbaren Öffnungen versehen ist
6. 6. Aufbau nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Bereich (54) des Gehäuses (50) aus Plexiglas besteht.
7. 7. Halle mit einer asymmetrisch angeordneten Reihe von quergestellten Schmelzflußelektrolysezellen zur Herstellung von Aluminium mit durch räumlich getrennte anodische Leiterprofile gespeisten Anodenstangen, welche die Anode/n tragen, nach mindestens einem der Ansprüche 4-6, gekennzeichnet durch - eine lösbare Verlängerung (60, 62) der Zellengehäuse (50) zu der benachbarten Längswand (58), - je einen dem inneren Gehäusequerschnitt entsprechenden Durchbruch in der Längswand (58), und - einen auf der Höhe der Durchbrüche angeordneten, sich über die ganze innere oder äußere, zu der Zellenreihe benachbarten Hallenlängswand erstreckender, luftdichter Gang (64) mit Frischluftspeisung.
8. 8. Halle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der 1-2 m breite Raum zwischen dem Zellengehäuse (50) und der näheren Längswand (58) der Halle (56) oder des innen angeordneten Ganges (64) mittels eines den Durchbruch umrahmenden Aufsatzes (60) und eines elastischen Balges (62) oder eines teleskopartig in den Aufsatz (60) schiebbaren Verlängerung des Zellengehäuses (50) überbrückt ist.
9. 9. Halle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Balg (62) oder die Dichtung zwischen den teleskopartig ineinander geschobenen Teile als elektrische Isolation zwischen dem Zellengehäuse (50) und dem Aufsatz (60) ausgebildet ist.
10. 10. Halle nach mindestens einem der Ansprüche 7 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Gang (64) vom Halleninnern aus betretbar ist.

    Die Erfindung bezieht sich auf den anodischen Aufbau einer gekapselten Schmelzflußelektrolysezelle zur Herstellung von Aluminium mit durch räumlich getrennte anodische Leiterprofile gespeisten Anodenstangen, welche die Anoden tragen, und auf eine damit ausgerüstete Halle.

    Für die Gewinnung von Aluminium durch Schmelzflußelektrolyse 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 940-9700C statt.

    Im Laufe der Elektrolyse verarmt der Elektrolyt an Aluminiumoxid. Bei einer unteren Konzentration von 1 bis 2 Gew.-% Aluminiumoxid im Elektrolyten kommt es zum Anodeneffekt, der sich in einer Erhöhung der Spannung von beispielsweise 4 bis 5 V auf 30 V und darüber auswirkt. Spätestens dann muß die Kruste aus festem Elektrolytmaterial eingeschlagen und die Aluminiumoxidkonzentration durch Zugabe von neuer Tonerde angehoben werden.

    Moderne Schmelzflußelektrolysezellen zur Herstellung von Aluminium werden in bezug auf ihre Leistungsfähigkeit und damit auch auf ihren Grundriß immer mehr vergrößert. Die eingesetzten Stromstärken haben 200 kA überschritten und gehen bis 300 kA. Der anodische Zellenaufbau wird - entsprechend den leistungsfähigen größeren Zellen mit vollautomatisierter Steuerung - komplizierter. So werden bei der sich in jüngster Zeit zunehmend durchsetzenden punktförmigen Tonerdebedienung mindestens zwei aus Silo, Dosier- und Einschlagvorrichtung bestehende Einheiten (»Point-Feeder«) eingesetzt. Weiter besteht die Tendenz, die Anoden nicht mehr gesamthaft, sondern einzeln zu heben bzw. zu senken.

    Die für Kontroll- und Reparaturarbeiten notwendige Begehung des anodischen Zellenaufbaus über die Kapselung ist aus arbeitshygienischen und Sicherheitsgründen problematisch.

    Der Erfinder hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, für die an modernen Schmelzflußelektrolysezellen zur Herstellung von Aluminium notwendigen Kontroll- und kleineren Reparaturarbeiten eine sichere und den arbeitshygienischen Erfordernissen angepaßte Begehungsmöglichkeit des anodischen Zellenaufbaus zu schaffen, welche einen leichten Zugang zu allen wesentlichen Stellen gewährleistet.

    Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen zwischen den anodischen Leiterprofilen über die ganze Zellenlänge angeordneten, von wenigstens einer Stirnseite der Elektrolysezelle aus betretbaren, elektrisch isolierten Laufsteg.

    Im einfachsten Fall ist zwischen den meistens etwa 1-2 m entfernten anodischen Leiterprofilen, die üblicherweise einen rechteckigen Querschnitt haben, ein begehbares Blech angeordnet, das gleichzeitig als Laufsteg und Bestandteil der Zellenkapselung dient.