DE60005301T2 - ELECTROLYTIC CELL WITH IMPROVED ALUMINUM FEED - Google Patents

ELECTROLYTIC CELL WITH IMPROVED ALUMINUM FEED Download PDF

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Abstract

An electrolytic cell for the electrowinning of aluminium comprises an electrochemically active foraminate metallic anode structure (15) for the evolution of oxygen and the escape of evolved oxygen therethrough which is spaced by an inter-electrode gap above a facing cathode (20). The cell further comprises means for promoting dissolution of powder alumina (32) fed to the surface of the electrolyte (30) and for supplying alumina-rich electrolyte to the inter-electrode gap by inducing an electrolyte circulation up from and down to the inter-electrode gap driven by the escape of anodically evolved oxygen through the foraminate anode structure. These means comprise electrolyte guide members (5) such as baffles or funnels having at least one inclined surface (6) immersed in the molten electrolyte (30) above the foraminate structure (15).

Description

Gebiet der ErfindungTerritory of invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zelle für die elektrolytische Gewinnung von Aluminium aus Aluminiumoxid, das in einem Fluorid enthaltenden, geschmolzenen Elektrolyten gelöst ist, wie zum Beispiel Kryolith, mit Einrichtungen, um das Auflösen von Aluminiumoxid in dem Elektrolyten zu verbessern und um mit Aluminiumoxid angereicherten Elektrolyten zu einem Spalt zwischen den Elektroden zu leiten, sowie eine Metallanode mit spezieller Ausgestaltung für eine solche Zelle, die mit diesen Einrichtungen versehen ist, und ein Verfahren zum Erzeugen von Aluminium unter Verwendung dieser Zelle.The present invention relates to a cell for the electrolytic extraction of aluminum from aluminum oxide, the is dissolved in a molten electrolyte containing fluoride, such as cryolite, with facilities to dissolve To improve alumina in the electrolyte and around with alumina enriched electrolyte to form a gap between the electrodes to conduct, as well as a metal anode with a special design for such Cell equipped with these devices and a method for producing aluminum using this cell.

Hintergrund der Erfindungbackground the invention

Die Technologie für die Herstellung von Aluminium durch die Elektrolyse von Aluminiumoxid, das in geschmolzenem Kryolith gelöst ist, bei Temperaturen von etwa 950°C ist seit mehr als 100 Jahren bekannt.The technology for the production of aluminum through the electrolysis of alumina, which is in molten cryolite solved has been at temperatures of around 950 ° C for more than 100 years known.

Dieser Prozess, der fast gleichzeitig von Hall und Héroult erdacht wurde, hat sich nicht wie viele andere elektrochemische Prozesse weiterentwickelt.This process that is almost simultaneous by Hall and Héroult has not been thought up like many other electrochemicals Processes developed further.

Ein Hauptnachteil von herkömmlichen Zellen besteht in der Tatsache, dass unregelmäßige elektromagnetische Kräfte in dem Bad aus geschmolzenem Aluminium Wellen erzeugen und dass der Anoden-Kathoden-Abstand (ACD), auch als Zwischen-Elektroden-Spalt (IEG) bezeichnet, auf einem sicheren minimalen Wert von etwa 5 cm gehalten werden muss, um einen Kurzschluss zwischen der Aluminium-Kathode und der Anode oder eine Re-Oxidation des Metalls durch Kontakt mit dem CO2-Gas zu verhindern, das an der Anodenfläche gebildet wird.A major disadvantage of conventional cells is the fact that irregular electromagnetic forces in the molten aluminum bath create waves and that the anode-cathode distance (ACD), also known as the inter-electrode gap (IEG), is kept to a safe minimum Value of about 5 cm must be maintained in order to prevent a short circuit between the aluminum cathode and the anode or a re-oxidation of the metal by contact with the CO 2 gas which is formed on the anode surface.

Ein weiterer Nachteil bei den herkömmlichen Zellen ist der Anoden-Effekt, der dann auftritt, wenn der Elektrolyt in einer Zelle unzureichend gelöstes Aluminiumoxid enthält und/oder eine ungleichmäßige Verteilung von mit Aluminiumoxid angereichertem Elektrolyt unter der gesamten aktiven Fläche der Anoden vorliegt und folglich die Elektrolyse von dem auf Fluorid basierenden Elektrolyt ermöglicht, wodurch Fluor und auf Fluorid basierendes Gas erzeugt werden. Das auf Fluorid basierende Gas sammelt sich unter den Anoden und behindert größtenteils den Stromtransport zwischen den Anoden und den Kathoden. Folglich offenbart sich der Anoden-Effekt durch einen plötzlichen Anstieg der Zellen-Spannung. Der Spannungsanstieg kann in herkömmlichen Zellen von 7–8 V bis zu 30 V variieren.Another disadvantage with conventional cells is the anode effect that occurs when the electrolyte is in alumina insufficiently dissolved in a cell contains and / or an uneven distribution of alumina-enriched electrolyte under the entire active area the anode is present and consequently the electrolysis of that for fluoride based electrolyte enables producing fluorine and fluoride based gas. The fluoride based gas accumulates under the anodes and obstructs Mostly the transport of electricity between the anodes and the cathodes. consequently the anode effect is revealed by a sudden increase in cell voltage. The surge in tension can in conventional cells from 7-8 V vary up to 30 V.

Das US-Patent 4,602,990 (Boxall/Gamson/Green/Traugott) beschreibt eine Zelle mit drainierter Kathode, bei der eine durch Blasen erzeugte Bad-Zirkulation bewirkt wird, jedoch kann bei dieser Konstruktion nicht die erwartete konstante Spannung erzielt werden. Die ADC-Reduktion war mit einer unerwünschten Reduktion der elektrischen Konduktivität des Bades verbunden, die durch den Anstieg der Gasblasenkonzentration in dem reduzierten Elektrolyt zwischen den drainierten Kathoden und den Anoden verursacht wurde.The U.S. patent 4,602,990 (Boxall / Gamson / Green / Traugott) describes a cell with a drained cathode, in which a bath circulation caused by bubbles is brought about, but with this construction the expected constant voltage cannot be achieved. The ADC reduction was associated with an undesirable reduction in the electrical conductivity of the bath, which was caused by the increase in the gas bubble concentration in the reduced electrolyte between the drained cathodes and the anodes.

Die Europäische Patentanmeldung Nr. 0 393 816 (Stedman) beschreibt eine weitere Konstruktion einer Zelle mit drainierter Kathode, die eine verbesserte Blasen-Abführung hat. Jedoch kann eine solche Konfiguration mit drainierter Kathoden keine optimale Verteilung des gelösten Aluminiumoxids gewährleisten. Der größte Teil von dem Aluminiumoxid erfährt eine Elektrolyse an den Teilen der Kathode nahe dem Auflösungspunkt, wohingegen entfernte Gebiete der Kathoden nur schlecht mit Aluminiumoxid versorgt werden. Ursache ist die graduelle Abnahme der Aluminiumoxid-Konzentration in dem Elektrolyten, während sich der Elektrolyt zwischen den Elektroden bewegt, wo dessen Elektrolyse stattfindet. Diese nicht ausreichende Verteilung von gelöstem Aluminiumoxid kann bewirken, dass die Zelle Gegenstand des Anoden-Effekts wird, wobei ein ungleichmäßiger Verbrauch der Elektroden und eine nicht-optimale Verwendung der Kathodenflächen zu einer Abnahme der Strom-Effizienz und der Zellen-Leistungsfähigkeit führen.European patent application no. 0 393 816 (Stedman) describes another construction of a cell with a drained cathode that has an improved bladder drainage. However, such a configuration with drained cathodes cannot ensure an optimal distribution of the dissolved aluminum oxide. Most of the alumina undergoes electrolysis on the parts of the cathode near the dissolution point, whereas distant areas of the cathodes are poorly supplied with alumina. The cause is the gradual decrease in the alumina concentration in the electrolyte as the electrolyte moves between the electrodes where its electrolysis takes place. This inadequate distribution of dissolved alumina can cause the cell to become the subject of the anode effect, with uneven consumption of the electrodes and under-optimal use of the cathode surfaces leading to a decrease in current efficiency and cell performance.

Das US-Patent 4,504,369 (Keller) offenbart eine Anode, die eine massive, auf Oxid basierende Anode mit einer zentralen vertikalen Durchgangsöffnung zum Zuführen von Anoden-Konstituenten und Aluminiumoxid in den Elektrolyten aufweist. Jedoch beschäftigt sich diese Zellen-Konstruktion nicht mit dem Problem der Auflösung und Verteilung von gelöstem Aluminiumoxid zwischen den Anoden und zugewandten Kathoden.The U.S. patent 4,504,369 (Keller) discloses an anode that has a solid, oxide-based anode with a central vertical through opening for supplying anode constituents and alumina in the electrolyte. However, this cell construction is not concerned with the problem of dissolution and distribution of dissolved alumina between the anodes and facing cathodes.

Das US-Patent 4,681,671 (Duruz) offenbart eine Niedrigtemperatur-Zelle zur elektrolytischen Gewinnung von Aluminium mit einer Reihe von vertikalen Anodenplatten oder vertikalen Schaufeln, die über einer horizontalen perforierten Kathodenplatte angeordnet sind, und eine Elektrolyt-Zirkulation, die mit Hilfe einer Pumpe oder durch elektromotorischen Kräften erzeugt wird.The U.S. patent 4,681,671 (Duruz) discloses a low temperature cell for the electrolytic extraction of aluminum with a series of vertical anode plates or vertical blades arranged over a horizontal perforated cathode plate and an electrolyte circulation which is generated by means of a pump or by electromotive forces.

Das US-Patent 5,310,476 (Sekhar/de Nora) beschreibt Zellen für die elektrolytische Gewinnung von Aluminium mit keilförmigen Kathodenblöcken und Sauerstoff entwickelnden Anoden, die aus Anodenplatten hergestellt sind, die wie Dachpfannen passend über den Keilen angeordnet sind. Die Kathodenplatten sind miteinander verbunden und haben Öffnungen nahe der Oberseite ihrer geneigten Flächen für das Entweichen von anodisch erzeugtem Sauerstoff.The U.S. patent 5,310,476 (Sekhar / de Nora) describes cells for the electrolytic extraction of aluminum with wedge-shaped cathode blocks and oxygen-producing anodes, which are made from anode plates which are arranged like roof tiles to fit over the wedges. The cathode plates are interconnected and have openings near the top of their inclined surfaces for the escape of anodized oxygen.

Das US-Patent 5,368,702 (de Nora) offenbart Ausgestaltungen mit rohrförmigen oder konisch verlaufenen, vertikalen, Sauerstoff erzeugenden Anoden, die innenseitig angeordnet und entsprechend geformten Kathoden zugewandt sind. Die Rohre und die konischen Flächen, die die Anoden bilden, haben seitliche Öffnungen, die das Entweichen von anodisch freigegebenem Sauerstoff leiten, um eine Elektrolyt-Strömung zwischen den Anoden und den zugewandten Kathoden zu erzeugen.The U.S. patent 5,368,702 (de Nora) discloses configurations with tubular or conical, vertical, oxygen-producing anodes, which are arranged on the inside and face correspondingly shaped cathodes. The tubes and conical surfaces that form the anodes have side openings that direct the escape of anodically released oxygen to create an electrolyte flow between the anodes and the facing cathodes.

In der in dem US-Patent 5,683,559 (de Nora) beschriebenen Zelle sind gebogene, Sauerstoff entwickelnde Anodenplatten einer Reihe von in Juxtaposition angeordneten V-förmigen Kathodenflächen zugewandt. Die Neigung der Anoden unterstützt die Freigabe der anodisch erzeugten Gase durch eine zentrale Öffnung. Es ist vorgeschlagen, die Freigabe von Gas dadurch zu verbessern, dass an den Anoden Rippen vorgesehen sind oder die Anoden durchlöchert sind.In the in the US patent 5,683,559 (de Nora) described, curved, oxygen-producing anode plates face a series of V-shaped cathode surfaces arranged in juxtaposition. The inclination of the anodes supports the release of the anodically generated gases through a central opening. It is proposed to improve the release of gas by providing ribs on the anodes or by perforating the anodes.

Das US-Patent 5,725,744 (de Nora/Duruz) beschreibt eine multimonopolare Zelle für die elektrolytische Gewinnung von Aluminium, die mit verminderter Temperatur betrieben wird und vertikale oder geneigte Anoden- und Kathodenplatten aufweist, wobei Elektrolyt zwischen den Anoden- und Kathodenplatten durch das Aufsteigen von anodisch erzeugtem Sauerstoff zirkuliert wird.The U.S. patent 5,725,744 (de Nora / Duruz) describes a multimonopolar cell for the electrolytic extraction of aluminum, which is operated at a reduced temperature and has vertical or inclined anode and cathode plates, with electrolyte being circulated between the anode and cathode plates by the rise of anodized oxygen ,

US-Patent 5,938,914 (Dawless/LaCamera/Troup/Ray/Hosler), offengelegt am 17. August 1999, beschreibt eine Zelle für die elektrolytische Gewinnung von Aluminium, die mit vertikalen, reaktionsträgen Anoden versehen ist, die sich mit vertikalen Kathoden abwechseln. Die Anoden sind mit einem abgewinkelten Dach überdeckt, das anodisch erzeugte Sauerstoffblasen aufteilt, durch die der geschmolzene Elektrolyten umgerührt wird, um die Auflösung von Aluminiumoxid zu verbessern.US Patent 5,938,914 (Dawless / LaCamera / Troup / Ray / Hosler), published on August 17, 1999, describes a cell for the electrolytic extraction of aluminum, which is provided with vertical, inert anodes that alternate with vertical cathodes. The anodes are covered with an angled roof that divides anodized oxygen bubbles through which the molten electrolyte is stirred to improve the dissolution of alumina.

Obwohl die vorstehenden Dokumente dauerhafte Anstrengungen verdeutlichen, um die Funktion von Zellen zur elektrolytischen Gewinnung von Aluminium dadurch zu verbessern, dass Sauerstoff entwickelnde Anoden verwendet werden, hat keines von diesen Dokumenten bisher irgendeine wirtschaftliche Akzeptanz gefunden.Although the above documents permanent efforts to clarify the function of cells to improve the electrolytic production of aluminum by none has oxygen anodes any economic acceptance of these documents so far found.

Aufgaben der ErfindungTasks of invention

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Zelle für die elektrolytische Gewinnung von Aluminium zur Verfügung zu stellen, mit Metallanoden, die entweder mit einem stabilisierten Bad aus Aluminium oder in einer drainierten Konfiguration arbeiten, die Einrichtungen aufweisen, um das Auflösen von Aluminiumoxid zu verbessern, das dem Elektrolyten zugeführt wird, und um den mit Aluminiumoxid angereicherten Elektrolyt in den Spalt zwischen den Elektroden zu leiten, wo die Elektrolyse stattfindet.It is an object of the invention a cell for the electrolytic extraction of aluminum is available too with metal anodes, either with a stabilized Aluminum bath or work in a drained configuration, which have facilities to improve the dissolution of alumina, that fed to the electrolyte and the aluminum oxide - enriched electrolyte in to conduct the gap between the electrodes where the electrolysis takes place.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anode von einer Zelle für die elektrolytische Gewinnung von Aluminium zur Verfügung zu stellen, durch deren Konstruktion die Auflösung von Aluminiumoxid verbessert und die Zufuhr von mit Aluminiumoxid angereichertem Elektrolyt zwischen die elektrochemisch aktiven Flächen der Anode und einer gegenüberliegenden Kathode zu verbessern.Another object of the invention consists of an anode from a cell for electrolytic extraction of aluminum available by their construction improves the dissolution of aluminum oxide and the supply of electrolyte enriched with alumina between the electrochemically active surfaces the anode and an opposite one Improve cathode.

Eine wichtige Aufgabe der Erfindung besteht darin, Einrichtungen für das Auflösen von Aluminiumoxid zur Verfügung zu stellen, das einer thermisch isolierten Zellen zugeführt wird, indem pulverförmiges Aluminiumoxid auf die Oberfläche des Elektrolyten, der keine Kruste bildet, geleitet und verteilt wird.An important object of the invention consists of facilities for the dissolving of alumina available to be supplied to a thermally insulated cell, by powdery Alumina on the surface of the electrolyte, which does not form a crust, is conducted and distributed becomes.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Zelle für die elektrolytische Gewinnung von Aluminium zur Verfügung zu stellen, die verbesserte Einrichtungen aufweist, um das Entweichen von anodisch erzeugtem Gas, insbesondere Sauerstoff, zu leiten, um eine Elektrolyt-Zirkulation zwischen dem Zwischen-Elektroden-Spalt und der Elektrolyt-Fläche der Zelle zu bewirken, wodurch eine Erhöhung der Aluminiumoxid-Auflösung erreicht wird.Another object of the invention is a cell for the electrolytic extraction of aluminum is available too provide improved facilities to prevent the escape of anodic gas, especially oxygen, to conduct a Electrolyte circulation between the interelectrode gap and the electrolyte surface of the cell, thereby increasing the alumina resolution becomes.

Zusammenfassung der ErfindungSummary the invention

Die Erfindung betrifft eine Elektrolysezelle für die elektrolytische Gewinnung von Aluminium aus Aluminiumoxid, das in einem thermisch isolierten, Fluorid enthaltenden, krustenlosen geschmolzenen Elektrolyt gelöst ist. Die Zelle enthält eine elektrochemisch aktive, gelochte Metallanodenstruktur für das Erzeugen von Sauerstoff und das Entweichen von Sauerstoff durch diese hindurch, wobei die Anode durch einen Zwischen-Elektroden-Spalt beabstandet über einer gegenüberliegenden Kathode angeordnet ist, an der während des Betriebs Aluminium erzeugt wird. Die Zelle beinhaltet außerdem Einrichtungen, um das Auflösen von pulverförmigem Aluminiumoxid zu unterstützen, das der Oberfläche des Elektrolyten zugeführt wird, und um mit Aluminiumoxid angereicherten Elektrolyt zum Zwischen-Elektroden-Spalt zu liefern, indem eine Elektrolyt-Zirkulation aufwärts von und abwärts zu dem Zwischen-Elektroden-Spalt induziert wird, die durch das Entweichen von anodisch erzeugtem Sauerstoff durch die gelochte Anodenstruktur angetrieben wird. Diese Einrichtungen beinhalten Elektrolyt-Leitbauteile, die zumindest eine geneigte Fläche aufweisen, die über der gelochten Anodenstruktur in den geschmolzenen Elektrolyt eingetaucht sind.The invention relates to an electrolytic cell for the electrolytic extraction of aluminum from aluminum oxide, which in a thermally insulated, fluoride-containing, crustless molten electrolyte solved is. The cell contains an electrochemically active, perforated metal anode structure for generation of oxygen and the escape of oxygen through it, the anode being spaced above an opposite one by an inter-electrode gap Cathode is arranged on the during aluminum is produced. The cell also includes facilities to the dissolving of powdered To support alumina that of the surface of the electrolyte supplied and around alumina-enriched electrolyte to the inter-electrode gap to deliver by electrolyte circulation upwards from and down to the inter-electrode gap is induced by the escape of anodically generated oxygen through the perforated anode structure is driven. These facilities include electrolyte guide components, the at least one sloping surface have the above the perforated anode structure is immersed in the molten electrolyte are.

Die Elektrolyt-Leitbauteile können nach unten gerichtet konvergierende, geneigte Flächen, die eine nach unten gerichtete Strömung von mit Aluminiumoxid angereichertem Elektrolyt zu dem Zwischen-Elektroden-Spalt hinführen, und/oder nach oben gerichtet konvergierende Flächen aufweisen, die eine nach oben gerichtete Strömung von mit Aluminiumoxid abgereichertem Elektrolyt von dem Zwischen-Elektroden-Spalt wegführen, die durch den anodisch erzeugten Sauerstoff angetrieben wird.The electrolyte guide components can after converging, inclined surfaces directed downwards, the one directed downwards flow alumina-enriched electrolyte to the inter-electrode gap lead, and / or have upwardly converging surfaces which face one current directed above alumina-depleted electrolyte from the inter-electrode gap lead away, which is driven by the anodically generated oxygen.

Um die Bildung einer Elektrolyt-Kruste an der Oberfläche des geschmolzenen Elektrolyten zu verhindern, weist die Zelle vorzugsweise Einrichtungen auf, um die Oberfläche des Elektrolyten thermisch zu isolieren, wie zum Beispiel eine isolierende Abdeckung über dem Elektrolyt, wie in der anhängigen Anmeldung WO 99/02763 (de Nora/Sekhar) beschrieben.To prevent the formation of an electrolyte crust on the surface of the molten electrolyte, the cell preferably has means to thermally insulate the surface of the electrolyte, such as an insulating cover over the electrolyte, as in pending application WO 99 / 02763 (de Nora / Sekhar) described ben.

Üblicherweise verlaufen die gelochte Anodenstruktur und die zugewandte Kathode horizontal oder mit einer entsprechenden Neigung, normalerweise mit einem Winkel von unter 60°.Usually run the perforated anode structure and the facing cathode horizontal or with an appropriate inclination, usually with an angle of less than 60 °.

Die Elektrolyt-Leitbauteile können für nachgerüstete Zellen ausgestaltet sein, insbesondere Hall/Héroult-Zellen, die mit geeigneten gelochten Metallanoden ausgestattet sind. Die Elektrolyt-Leitbauteile können in Zellen verwendet werden, die mit einer tiefen, einem flachen oder einem stabilisierten Bad aus Aluminium betrieben werden, oder in einer drainierten Konfiguration, wie beispielsweise in dem US-Patent 5,683,130 (de Nora), WO 99/02764 und WO 99/41429 (beide de Nora/Duruz) beschrieben ist.The electrolyte guide components can be designed for retrofitted cells, in particular Hall / Héroult cells, which are equipped with suitable perforated metal anodes. The electrolyte guide members can be used in cells operated with a deep, shallow, or stabilized aluminum bath, or in a drained configuration, such as in the U.S. patent 5,683,130 (de Nora), WO 99/02764 and WO 99/41429 (both de Nora / Duruz).

Ein wichtiges Merkmal von nachgerüsteten Zellen mit einem tiefen Bad besteht darin, dass die Einrichtungen zum Verbessern der Auflösung von Aluminiumoxid zu einem Zellen-Betrieb führen, der viele der Vorteile hat, die mit der drainierten Kathoden-Konfiguration in Beziehung stehen.An important feature of retrofitted cells with a deep bath is that facilities for improvement the dissolution of alumina lead to a cell operation that has many of the advantages that are related to the drained cathode configuration.

Die Elektrolyt-Leitbauteile können vertikale parallele Abschnitte aufweisen, die sich von der Unterseite der geneigten Fläche zu der gelochten Anodenstruktur und/oder von der Oberseite der geneigten Flächen bis nahe an die Oberfläche des Elektrolyten erstrecken.The electrolyte guide components can be vertical parallel Have sections that extend from the bottom of the inclined area to the perforated anode structure and / or from the top of the inclined one surfaces up to the surface of the electrolyte.

Das untere Ende von jedem Elektrolyt-Leitbauteil kann sich von der gelochten Anodenstruktur nach oben erstrecken. Falls erforderlich, können die unteren Enden der Elektrolyt-Leitbauteile über der oder jeder Anode beabstandet sein, um zu ermöglichen, dass mit Aluminiumoxid angereicherter Elektrolyt von den unteren Enden der Elektrolyt-Leitbauteile nach unten strömt, um durch den nach oben strömenden anodisch erzeugten Sauerstoff horizontal verteilt zu werden. In diesem Fall kann ein Teil oder der gesamte Elektrolyt in den Zwischen-Elektroden-Spalt treten, indem er um die Elektrodenstruktur herumströmt.The lower end of each electrolyte lead can extend upward from the perforated anode structure. If necessary, you can spaced the lower ends of the electrolyte guide members above the or each anode be to enable that electrolyte enriched with alumina from the lower ones Ends of the electrolyte guide components flow down to anodically flow through the upstream generated oxygen to be distributed horizontally. In this case some or all of the electrolyte can enter the inter-electrode gap occur by flowing around the electrode structure.

Die Elektrolyt-Leitbauteile können relativ zu der Oberfläche des Elektrolyten so angeordnet sein, dass der nach oben strömende anodisch erzeugte Sauerstoff über den Elektrolyt-Leitbauteilen Turbulenzen erzeugt, um die Auflösung von Aluminium oxid zu verbessern. Das oberste Ende von jedem Elektrolyt-Leitbauteil kann in den Elektrolyt mit nicht mehr als 5 cm unter der Oberfläche des Elektrolyten eingetaucht sein.The electrolyte guide components can be relative to the surface of the electrolyte can be arranged so that the upward flowing anodic generated oxygen over the electrolyte guide components creates turbulence to dissolve To improve aluminum oxide. The top end of each electrolyte lead can be in the electrolyte with no more than 5 cm below the surface of the Be immersed in electrolytes.

In einem Ausführungsbeispiel weisen die Elektrolyt-Leitbauteile eine Reihe von Ablenkplatten parallel zur Oberfläche des Elektrolyten auf. Die Ablenkplatten sind in einer beabstandeten parallelen Konfiguration angeordnet und seitlich geneigt, um abwechselnde Paare von nach oben gerichtet konvergierenden Flächen und nach unten gerichtet konvergierenden Flächen zu bilden.In one embodiment, the electrolyte guide components have a series of baffles parallel to the surface of the electrolyte. The Baffles are in a spaced parallel configuration arranged and inclined sideways to alternate pairs of after converging surfaces directed upwards and downwards converging surfaces to build.

Alternativ können die Elektrolyt-Leitbauteile eine Vielzahl von Trichtern bilden, die die Gestalt von Kegelstümpfen oder kegelstumpfförmigen Pyramiden haben können.Alternatively, the electrolyte guide components can be a Variety of funnels that form the shape of truncated cones or frustoconical Can have pyramids.

Die gelochte Metallanodenstruktur kann eine Reihe von parallel beabstandeten, koplanaren, elektrochemisch aktiven Anodenbauteilen aufweisen, wie beispielsweise beabstandete Platten, Stäbe, Stangen oder Drähte.The perforated metal anode structure can be a series of parallel spaced, coplanar, electrochemical have active anode components, such as spaced apart Plates, rods, Rods or wires.

Jede Platte, Stange, Stab oder Draht kann allgemein geradlinig oder alternativ in einer im wesentlichen konzentrischen Anordnung vorgesehen sein, wobei jede Platte, Stange, Stab oder Draht eine Schlaufe bildet, um während des Betriebs die Kanten-Effekte von dem Strom zu minimieren. Beispielsweise kann jede Platte, Stange, Stab oder Draht im wesentlichen rund, oval oder polygonal, insbesondere rechteckig oder quadratisch, vorzugsweise mit abgerundeten Kanten sein.Any plate, bar, rod or wire can be generally rectilinear or alternatively in a substantially concentric arrangement can be provided, each plate, rod, Rod or wire forms a loop to the edge effects of the current during operation to minimize. For example, any plate, bar, rod or Wire essentially round, oval or polygonal, especially rectangular or square, preferably with rounded edges.

Die parallelen Anodenbauteile können miteinander verbunden sein, beispielsweise in einer Gitter-ähnlichen, Netz-ähnlichen oder Maschen-ähnlichen Konfiguration der Anodenbauteile. Um Kanten-Effekte von dem Strom zu vermeiden, können die äußeren Randbereiche der Anodenbauteile miteinander verbunden sein, beispielsweise können sie so angeordnet sein, dass sie sich von einer Seite zu einer gegenüberliegenden Seite des Rahmens quer über einen im wesentlichen rechteckigen Anoden-Umfangsrahmen erstrecken.The parallel anode components can be together be connected, for example in a grid-like, network-like or mesh-like Configuration of the anode components. To edge effects from the stream can avoid the outer edge areas of the anode components can be connected to one another, for example they can be arranged so that they are from one side to an opposite Side of the frame across extend a substantially rectangular anode peripheral frame.

Alternativ können die Anodenbauteile durch zumindest ein schräg verlaufendes Verbindungsbauteil schräg verbunden sein. Es ist ebenfalls möglich, dass die Anodenbauteile durch eine Vielzahl von schräg verlaufenden Verbindungsbauteilen verbunden sind, die wiederum durch ein oder mehrere Querbauteile miteinander verbunden sind. Bei konzentrischen schlaufenförmigen Konfigurationen können die schräg verlaufenden Verbindungsbauteile radial verlaufen. In diesem Fall erstrecken sich die radial verlaufenden Verbindungsbauteile in radialer Richtung von der Mitte der parallelen Anodenbauteil-Anordnung und sind wahlweise an einem äußeren Ring an dem Umfang dieser Anordnung befestigt oder damit integriert.Alternatively, the anode components can be at least a weird one extending connecting component to be connected obliquely. It is also possible that the anode components by a large number of inclined connecting components are connected, which in turn by one or more transverse components are interconnected. For concentric loop configurations can they aslant extending connecting components run radially. In this case extend the radially extending connecting components in a radial Direction from the center of the parallel anode component arrangement and are optionally on an outer ring attached to or integrated with the scope of this arrangement.

Vorteilhafterweise haben die schräg verlaufenden Verbindungsbauteile einen variablen Querschnitt, um eine im wesentlichen gleichmäßige Stromdichte in den Verbindungsbauteilen vor und hinter jeder Verbindung mit einem Anodenbauteil zu gewährleisten. Dies betrifft das Querbauteil, sofern vorhanden.Advantageously, the inclined ones Connecting components a variable cross-section to a substantially uniform current density in the connection components in front of and behind each connection to ensure an anode component. This applies to the cross member, if available.

Üblicherweise hat jede Metallanode zumindest eine vertikale Stromzuführung, die ausgestaltet ist, um mit einer positiven Sammelschiene verbunden zu werden. Eine solche Stromzuführung ist mechanisch und elektrisch mit einem oder mehreren schräg verlaufenden Verbindungsbauteilen oder mit einem oder mehreren Querbauteilen verbunden, durch die eine Vielzahl von schräg verlaufenden Verbindungsbauteilen verbunden ist, so dass die Stromzuführung elektrischen Strom zu den Anodenbauteilen über das (die) schräg verlaufende(n) Verbindungsbauteil e) leitet, und, falls vorhanden, durch das (die) Querbauteil(e). Wenn keine schräg verlaufenden Verbindungsbauteile vorhanden sind, dann ist die vertikale Stromzuführung direkt mit den Anodenbauteilen verbunden, die in einer Gitter-ähnlichen, Netz-ähnlichen oder Maschen-ähnlichen Konfiguration vorliegen.Typically, each metal anode has at least one vertical power supply that is designed to be connected to a positive busbar. Such a power supply is mechanically and electrically connected to one or more inclined connecting components or to one or more transverse components, through which a plurality of inclined connecting components are connected, so that the current supply electrical current to the anode components via the inclined (the) n) connection guiding component e) and, if present, through the transverse component (s). If there are no sloping connection components, then the vertical power supply is directly connected to the anode components which are in a grid-like, mesh-like or mesh-like configuration.

Die vertikale Stromzuführung, die Anodenbauteile, die schräg verlaufenden Verbindungsbauteile und, falls vorhanden, die Querbauteile, können aneinander befestigt sein, wie zum Beispiel durch Gießen als eine Einheit. Außerdem ist eine Montage durch Schweißen oder durch andere mechanische Verbindungsmittel möglich.The vertical power supply that Anode components that are oblique extending connecting components and, if available, the transverse components, can each other attached, such as by casting as a unit. Besides, is assembly by welding or possible by other mechanical connecting means.

Auf ähnliche Weise können die Elektrolyt-Leitbauteile aneinander befestigt sein, indem sie beispielsweise als eine Einheit gegossen sind, durch Verschweißen oder durch andere mechanische Verbindungsmittel, um eine Baugruppe zu bilden. Diese Baugruppe kann mit der vertikalen Stromzuführung verbunden oder an der gelochten Anodenstruktur befestigt oder darauf angeordnet sein.Similarly, the Electrolyte guide components can be attached to one another, for example by are cast as one unit, by welding or other mechanical means Lanyard to form an assembly. This assembly can be connected to the vertical power supply or attached to or disposed on the perforated anode structure his.

Üblicherweise verlaufen die gelochte Anodenstruktur und die zugewandte Kathode horizontal oder mit einer entsprechenden Neigung.Usually run the perforated anode structure and the facing cathode horizontally or with a corresponding inclination.

Die Kathoden der Zelle sind vorzugsweise mit Aluminium benetzbar, insbesondere können sie in einer drainierten Konfiguration vorliegen, wobei sie beispielsweise eine geneigte Fläche haben, wie oben erläutert.The cathodes of the cell are preferably with Aluminum wettable, especially they can be drained Configuration, for example an inclined one area have, as explained above.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Sauerstoff erzeugende Anode von einer Elektrolysezelle, wie vorstehend beschrieben. Die Anode hat eine elektrochemisch aktive, gelochte Metallstruktur für das Erzeugen von Sauerstoff, die während des Betriebs in einen Elektrolyten eingetaucht ist und durch einen Zwischen-Elektroden-Spalt beabstandet über einer zugewandten Kathode angeordnet ist, an der Aluminium erzeugt wird. Die Anode weist außerdem Einrichtungen auf, die dazu ausgestaltet sind, um das Auflösen von pulverförmigem Aluminiumoxid zu unterstützen, das der Oberfläche des Elektrolyten zugeführt wird, und um mit Aluminium angereicherten Elektrolyt während des Betriebs zu dem Zwischen-Elektroden-Spalt zu liefern, wie oben beschrieben.The invention also relates to a Oxygen generating anode from an electrolytic cell as above described. The anode has an electrochemically active, perforated Metal structure for that Generate oxygen during of the plant is immersed in an electrolyte and by a Inter-electrode gap spaced above a facing cathode is arranged on which aluminum is produced. The anode also has facilities which are designed to dissolve powdered alumina to support, that of the surface of the electrolyte supplied and to add aluminum - enriched electrolyte during the Operation to deliver to the inter-electrode gap as described above.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Erzeugen von Aluminium in einer Zelle, wie oben beschrieben. Das Verfahren umfasst das Auflösen von Aluminiumoxid in dem Elektrolyten durch Einleiten von Aluminiumoxid in Form von Pulver in den krustenlosen geschmolzenen Elektrolyten von einer Stelle oberhalb der Elektrolyt-Leitbauteile, und Durchleiten von einem ionischen Strom zwischen der aktiven gelochten Anodenstruktur und der zugewandten Kathode, wodurch eine Elektrolyse in dem Zwischen-Elektroden-Spalt durchgeführt wird, um an der Kathode Aluminium und an der gelochten Anodenstruktur Sauerstoff zu erzeugen. Die Einrichtungen zum Verbessern der Auflösung von pulverförmigem Aluminiumoxid und zum Leiten von mit Aluminiumoxid angereichertem Elektrolyt zu dem Zwischen-Elektroden-Spalt sind dazu ausgestaltet, um eine Elektrolyt-Zirkulation aufwärts von und abwärts zu dem Zwischen-Elektroden-Spalt zu induzieren, die durch das Entweichen von anodisch erzeugtem Sauerstoff durch die gelochte Anodenstruktur angetrieben wird.Another aspect of the invention is a process for producing aluminum in a cell such as described above. The process involves dissolving alumina in the Electrolytes by introducing aluminum oxide in the form of powder in the crustless molten electrolyte from one place above the electrolyte guide components, and passing one through ionic current between the active perforated anode structure and the facing cathode, causing electrolysis in the inter-electrode gap carried out is made to aluminum on the cathode and on the perforated anode structure To produce oxygen. The facilities for improving the resolution of powdery Alumina and for guiding alumina enriched Electrolyte to the interelectrode gap are designed to around an electrolyte circulation up and down to that To induce inter-electrode gap caused by the escape of anodically generated oxygen through the perforated anode structure is driven.

Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft eine Elektrolysezelle für die elektrolytische Gewinnung von Aluminium aus Aluminiumoxid, das in einem thermisch isolierten, Fluorid enthaltenden, krustenlosen geschmolzenen Elektrolyt gelöst ist. Die Zelle hat eine elektrochemisch aktive gelochte Metallanodenstruktur für das Erzeugen von Sauerstoff, die durch einen Zwischen-Elektroden-Spalt beabstandet über einer zugewandten Kathode angeordnet ist, an der während des Betriebs Aluminiums erzeugt wird. Die Zelle enthält außerdem Einrichtungen, um das Auflösen von pulverförmigem Aluminiumoxid zu verbessern, das der Oberfläche des Elektrolyten zugeführt wird, und zum gleichmäßigen Verteilen und Zuführen von mit Aluminium angereichertem Elektrolyt durch die gelochte Struktur zu dem Zwischen-Elektroden-Spalt. Diese Einrichtungen beinhalten Elektrolyt-Leitbauteile, die in dem Elektrolyt über der gelochten Anodenstruktur angeordnet sind. Die Elektrolyt-Leitbauteile weisen nach unten gerichtet konvergierende Flächen auf, die in den Elektrolyt eingetaucht und dazu ausgestaltet sind, um: das Auflösen von Aluminiumoxid zu verbessern, das über ihren nach unten gerichtet konvergierenden Flächen zugeführt wird; und mit Aluminium angereicherten Elektrolyt nach unten durch deren nach unten gerichtet konvergierenden Flächen und durch die gelochte Struktur zu dem Zwischen-Elektroden-Spalt zu führen.Another aspect of the invention relates to an electrolytic cell for the electrolytic extraction of aluminum from aluminum oxide, the in a thermally insulated, fluoride-containing, crustless molten electrolyte dissolved is. The cell has an electrochemically active perforated metal anode structure for the Generate oxygen through an inter-electrode gap spaced above one facing cathode is arranged on the aluminum during operation is produced. The cell contains Moreover Facilities to the dissolving of powdered To improve alumina which is added to the surface of the electrolyte and for even distribution and feeding aluminum-enriched electrolyte through the perforated structure to the inter-electrode gap. These facilities include Electrolyte lead components that are in the electrolyte over the perforated anode structure are arranged. The electrolyte guide components point downwards converging surfaces which are immersed in the electrolyte and designed to um: the dissolving of To improve alumina, which is directed downward over their converging surfaces supplied becomes; and aluminum-enriched electrolyte downwards their downward converging surfaces and through the perforated Structure to the inter-electrode gap respectively.

Noch ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Elektrolysezelle für die elektrolytische Gewinnung von Aluminium aus Aluminiumoxid, das in einem thermisch isolierten, Fluorid enthaltenden, krustenlosen geschmolzenen Elektrolyt gelöst ist. Die Zelle hat eine elektrochemisch aktive, gelochte Metallanodenstruktur für das Erzeugen von Sauerstoff und die durch einen Zwischen-Elektroden-Spalt beabstandet über einer zugewandten Kathode angeordnet ist, an der während des Betriebs Aluminium erzeugt wird. Die Zelle weist außerdem Einrichtungen auf, um das Auflösen von pulverförmigem Aluminiumoxid zu unterstützen, das der Oberfläche des Elektrolyten zugeführt wird, und zum gleichmäßigen Verteilen und Zuführen von mit Aluminiumoxid angereichertem Elektrolyt durch und/oder um die gelochte Struktur herum zu dem Zwischen-Elektroden-Spalt. Diese Einrichtungen beinhalten Elektrolyt-Leitbauteile, die in dem Elektrolyt über der gelochten Anodenstruktur angeordnet sind. Die Elektrolyt-Leitbauteile weisen nach oben gerichtet konvergierende Flächen auf, die in den Elektrolyten eingetaucht und dazu ausgestaltet sind, um: eine nach oben gerichtete Strömung von mit Aluminiumoxid abgereichertem Elektrolyt zu führen, die durch anodisch erzeugten Sauerstoff angetrieben wird, der durch die gelochte Anodenstruktur entweicht; um das Auflösen von Aluminiumoxid zu verbessern, das über deren nach oben gerichtet konvergierenden Flächen zugeführt wird; und um mit Aluminiumoxid angereicherten Elektrolyt nach unten durch und/oder um die gelochte Anodenstruktur herum zu dem Zwischen-Elektroden-Spalt zu führen.Yet another aspect of the invention relates to an electrolytic cell for the electrolytic extraction of aluminum from aluminum oxide, which is dissolved in a thermally insulated, fluoride-containing, crustless, molten electrolyte. The cell has an electrochemically active, perforated metal anode structure for generating oxygen and which is spaced apart by an inter-electrode gap above a facing cathode, on which aluminum is produced during operation. The cell also includes means to aid in dissolving powdered alumina that is supplied to the surface of the electrolyte and to evenly distribute and deliver alumina-enriched electrolyte through and / or around the perforated structure to the intermediate electrode. Gap. These devices include electrolyte guide components that are disposed in the electrolyte over the perforated anode structure. The electrolyte guide components have upwardly converging surfaces which are immersed in the electrolyte and designed to: an upward flow of aluminum oxide-depleted To carry electrolyte, which is driven by anodically generated oxygen, which escapes through the perforated anode structure; to improve the dissolution of alumina which is supplied over their upward converging surfaces; and to pass alumina-enriched electrolyte down through and / or around the perforated anode structure to the inter-electrode gap.

Materialien und Betriebmaterials and operation

Die gelochten Metallanodenstrukturen und/oder Elektrolyt-Leitbauteile der vorliegenden Erfindung können aus einem auf Eisenoxid basierenden Material bestehen oder vorzugsweise damit beschichtet sein, das durch Oxidieren der Oberfläche von dem Substrat der gelochte Anodenstrukturen und/oder der Elektrolyt-Leitbauteile erhalten wird, die Eisen enthalten. Beispiele von geeigneten Materialien sind in größerem Detail in den anhängigen Anmeldungen WO 00/06802 (Duruz/de Nora/Crottaz), WO 00/40783 (de Nora/Duruz), WO 00/06803 (Duruz/de Nora/Crottaz), WO 00/06804 (Crottaz/Duruz), WO 01/42534 (de Nora/Duruz) und WO 01/42535 (Duruz/de Nora) beschrieben.The perforated metal anode structures and / or Electrolyte guide of the present invention consist of a material based on iron oxide or preferably be coated with it by oxidizing the surface of receive the substrate of the perforated anode structures and / or the electrolyte guide components that contain iron. Examples of suitable materials are in greater detail in the pending Applications WO 00/06802 (Duruz / de Nora / Crottaz), WO 00/40783 (de Nora / Duruz), WO 00/06803 (Duruz / de Nora / Crottaz), WO 00/06804 (Crottaz / Duruz), WO 01/42534 (de Nora / Duruz) and WO 01/42535 (Duruz / de Nora).

Bei bekannten Verfahren gibt auch das am schlechtesten lösbare Anodenmaterial wesentliche Mengen an Konstituenten in das Bad ab, was zu einer starken Kontaminierung des Aluminiumprodukts führt. Zum Beispiel liegt die Konzentration von Nickel (einer häufig vorkommende Komponente bei vorgeschlagenen, auf Metall basierenden Anoden), die in dem erzeugten Aluminium in kleinen Krustentests bei herkömmlichen Zellen-Betriebstemperaturen gefunden wurde, normalerweise zwischen 800 und 2.000 ppm, d.h. 4 bis 10 mal über dem maximal akzeptierbaren Wert, der 200 ppm beträgt.In known methods there are also the most difficult to solve Anode material releases substantial amounts of constituents into the bath, which leads to severe contamination of the aluminum product. To the An example is the concentration of nickel (a common one Component in proposed, metal-based anodes), that in the aluminum produced in small crust tests in conventional Cell operating temperatures were found, usually between 800 and 2,000 ppm, i.e. 4 to 10 times the maximum acceptable Value that is 200 ppm.

Eisenoxide und speziell Hämatit (Fe2O3) haben eine höhere Lösbarkeit als Nickel in dem geschmolzenen Elektrolyt. Bei der industriellen Herstellung ist aber die Kontaminierungstoleranz des Aluminiumprodukts durch Eisenoxide ebenfalls sehr viel höher (bis zu 2.000 ppm) als für andere Metall-Verunreinigungen.Iron oxides and especially hematite (Fe 2 O 3 ) have a higher solubility than nickel in the molten electrolyte. In industrial production, however, the contamination tolerance of the aluminum product by iron oxides is also much higher (up to 2,000 ppm) than for other metal contaminants.

Die Lösbarkeit ist eine innewohnende Eigenschaft von Anodenmaterialien und kann nicht auf andere Weise verändert werden als durch Modifikation der Elektrolyt-Zusammensetzung und/oder der Betriebstemperatur einer Zelle.The solvability is inherent Property of anode materials and can not be otherwise changed are considered by modification of the electrolyte composition and / or the operating temperature of a cell.

Kleine Krustentests, bei denen eine NiFe2O4/Cu Cermet-Anode verwendet wird und die unter stabilen Bedingungen betrieben wird, wurden durchgeführt, um die Konzentration von Eisen in geschmolzenem Elektrolyt und in dem Aluminiumprodukt unter verschiedenen Betriebsbedingungen nachzuweisen.Small crust tests using a NiFe 2 O 4 / Cu cermet anode and operating under stable conditions were carried out to detect the concentration of iron in the molten electrolyte and in the aluminum product under various operating conditions.

In dem Fall von Eisenoxid wurde herausgefunden, dass das Absenken der Temperatur des Elektrolyten die Lösbarkeit von Eisen-Spezies wesentlich vermindert. Dieser Effekt kann überraschend dazu genutzt werden, eine wesentliche Verbesserung des Zellenbetriebs zu erreichen, indem die Kontaminierung des Aluminiumprodukts durch Eisen begrenzt wird.In the case of iron oxide, it was found that lowering the temperature of the electrolyte's solubility significantly reduced by iron species. This effect can be surprising be used, a significant improvement in cell operation to achieve by contaminating the aluminum product through Iron is limited.

Es ist daher herausgefunden worden, dass dann, wenn die Betriebstemperatur der Zelle unter die Temperatur von herkömmlichen Zellen (950–970°C) vermindert wird, eine Anode, die mit einer äußeren Schicht aus Eisenoxid bedeckt ist, dimensionsstabil gemacht werden kann, indem eine Konzentration von Eisen-Spezies und Aluminiumoxid in dem geschmolzenen Elektrolyt beibehalten wird, die ausreichend ist, um das Auflösen der Eisenoxid-Schicht zu vermindern oder zu unterdrücken, wobei die Konzentration von Eisen-Spezies niedrig genug ist, um den wirtschaftlich akzeptierbaren Wert von Eisen in dem Aluminiumprodukt nicht zu überschreiten.It has therefore been found that if the operating temperature of the cell is below the temperature from conventional Cells (950-970 ° C) decreased an anode with an outer layer is made of iron oxide, can be made dimensionally stable, adding a concentration of iron species and alumina in the molten Electrolyte is retained, which is sufficient to dissolve the Reduce or suppress the iron oxide layer, the concentration of iron species is low enough to be the most economically acceptable Not to exceed the value of iron in the aluminum product.

Das Vorhandensein von gelöstem Aluminiumoxid in dem Elektrolyt an der Anodenfläche hat einen begrenzenden Effekt auf das Auflösen von Eisen von der Anode in den Elektrolyten, wodurch die Konzentration von Eisen-Spezies vermindert wird, was notwendig ist, um das Auflösen von Eisen von der Anode im wesentlichen zu unterbinden.The presence of dissolved alumina in the electrolyte on the anode surface has a limiting Effect on dissolving of iron from the anode in the electrolyte, reducing concentration of iron species, which is necessary to dissolve Essentially prevent iron from the anode.

Wenn die Oberfläche der gelochten Metallanodenstrukturen/Elektrolyt-Leitbauteilen auf Eisenoxid basiert, dann kann der Elektrolyt eine Menge an Eisen-Spezies und gelöstets Aluminiumoxid enthalten, wodurch eine Auflösung der auf Eisenoxid-basierenden Oberfläche verhindert wird. Die Menge an Eisen-Spezies und Aluminiumoxid, die in dem Elektrolyt gelöst ist, muss ausreichend sein, um das Auflösen der auf Eisenoxid-basierenden Oberfläche zu verhindern, so dass das erzeugte Aluminium mit nicht mehr als 2.000 ppm Eisen kontaminiert wird, vorzugsweise nicht mehr als 1.000 ppm Eisen, und noch bevorzugter mit nicht mehr als 500 ppm Eisen.If the surface of the perforated metal anode structures / electrolyte lead components based on iron oxide, then the electrolyte can contain a lot of iron species and solved Contain alumina, causing dissolution of the iron oxide-based surface is prevented. The amount of iron species and alumina that dissolved in the electrolyte must be sufficient to dissolve the iron oxide-based surface to prevent so that the aluminum produced with no more than 2,000 ppm iron is contaminated, preferably not more than 1,000 ppm iron, and more preferably with no more than 500 ppm iron.

Um in dem Elektrolyten ein Menge von Konstituenten der gelochten Anodenstrukturen/Elektrolyt-Leitbauteilen aufrechtzuerhalten, speziell Eisen-Spezies, wodurch bei der Betriebstemperatur das Auflösen der gelochten Anodenstrukturen/Elektrolyt-Leitbauteilen vermieden wird, wenn die Aluminiumoxid-Zufuhr selbst nicht genug Eisen enthält, können die Konstituenten stoßweise in den Elektrolyten geleitet werden, beispielsweise periodisch zusammen mit Aluminiumoxid, oder kontinuierlich, zum Beispiel mit Hilfe einer verzehrenden Elektrode. Wenn die gelochten Anodenstrukturen/Elektrolyt-Leitbauteile auf Eisenoxid basieren, können Eisen-Spezies in den Elektrolyten in Form von Eisenmetall und/oder einer Eisenzusammensetzung zugeführt werden, wie zum Beispiel Eisenoxid, Eisenfluorid, Eisenoxyfluorid und/oder eine Eisen-Aluminium-Legierung.To a lot in the electrolyte of constituents of the perforated anode structures / electrolyte guide components maintain, especially iron species, which at the operating temperature Dissolve the perforated anode structures / electrolyte guide components avoided If the alumina feed itself does not contain enough iron, the Constituents intermittently are passed into the electrolyte, for example periodically together with aluminum oxide, or continuously, for example with the help of a consuming electrode. If the perforated anode structures / electrolyte guide components can be based on iron oxide Iron species in the electrolyte in the form of iron metal and / or fed to an iron composition such as iron oxide, iron fluoride, iron oxyfluoride and / or an iron-aluminum alloy.

Um die Kontaminierung des Aluminiumprodukts durch kathodisch reduzierte Konstituenten der gelochte Anodenstrukturen/Elektrolyt-Leitbauteile auf einen wirtschaftlich akzeptierbaren Wert zu begrenzen, muss die Zelle mit einer ausreichend geringen Temperatur betrieben werden, so dass die erforderliche Konzentration von Konstituenten, insbesondere Eisen-Spezies, in dem Elektrolyten durch die verminderte Lösbarkeit von Eisen-Spezies in dem Elektrolyten bei der Betriebstemperatur begrenzt wird.The contamination of the aluminum product by cathodically reduced constituents of the perforated anode structures / electrolyte guide components To limit it to an economically acceptable value, the cell must be operated at a sufficiently low temperature so that the required concentration of constituents, in particular iron species, in the electrolyte is limited by the reduced solubility of iron species in the electrolyte at the operating temperature becomes.

Die Zelle kann mit einer Betriebstemperatur des Elektrolyten von unter 910°C, üblicherweise 730 bis 870°C, betrieben werden. Der Elektrolyt kann NaF und AlF3 in einem Molverhältnis NaF/AlF3 enthalten, das für die Betriebstemperatur der Zelle erforderlich ist, und zwar zwischen 1,2 und 2,4. Die Menge des gelösten Aluminiumoxids, das in dem Elektrolyt enthalten ist, beträgt üblicherweise unter 8 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 2 Gew.-% und 6 Gew.-%.The cell can be operated with an operating temperature of the electrolyte below 910 ° C, usually 730 to 870 ° C. The electrolyte may contain NaF and AlF 3 in a NaF / AlF 3 molar ratio required for the operating temperature of the cell, between 1.2 and 2.4. The amount of dissolved aluminum oxide contained in the electrolyte is usually below 8% by weight, preferably between 2% by weight and 6% by weight.

Da die Elektrolyt-Leitbauteile nicht elektrochemisch aktiv oder leitfähig sein müssen, kann deren Oberfläche ebenfalls aus nicht-leitfähigen, gegen Elektrolyt beständigen Materialien hergestellt sein. Die Elektrolyt-Leitbauteile können aus irgend einer Keramik oder Oxiden hergestellt sein, die gegenüber dem Elektrolyten resistent sind, wie zum Beispiel Siliciumnitrid, Aluminiumnitrit, Bornitrid, Magnesiumferrit, Magnesiumaluminat, Magnesiumchromit, Zinkoxid, Nickeloxid und Aluminiumoxid. Jedoch können die Leitbauteile aus den gleichen Materialien hergestellt sein wie die Anoden.Because the electrolyte guide components are not electrochemically active or conductive have to be can their surface also made of non-conductive, resistant to electrolyte Materials. The electrolyte guide components can be made be made of any ceramic or oxide that is opposite the Electrolytes are resistant, such as silicon nitride, aluminum nitrite, Boron nitride, magnesium ferrite, magnesium aluminate, magnesium chromite, Zinc oxide, nickel oxide and aluminum oxide. However, the guide components from the the same materials as the anodes.

Die Oberflächen der Leitbauteile oder der inaktiven Teile der Anoden, die während des Zellenbetriebs dem geschmolzenen Elektrolyten ausgesetzt sind, insbesondere jene Teile in der Nähe der Oberfläche des Elektrolyten, können mit einer auf Zink basierenden Beschichtung geschützt sein, die insbesondere Zinkoxid mit oder ohne Aluminiumoxid oder Zinkaluminat enthält. während des Zellenbetriebs muss Konzentration von gelöstem Aluminiumoxid in dem Elektrolyten bei oder über 3 bis 4 Gew.-% gehalten werden, um das Auflösen von einer solchen Oberfläche wesentlich zu verhindern.The surfaces of the guide components or of the inactive parts of the anodes that the are exposed to molten electrolytes, especially those parts nearby the surface of the electrolyte be protected with a zinc-based coating, which in particular zinc oxide with or without aluminum oxide or zinc aluminate contains. while Cell operation requires concentration of dissolved alumina in the electrolyte at or over 3 to 4% by weight are essential to dissolving such a surface to prevent.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenSummary of the drawings

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen beschrieben, in denen:The invention will now be described with reference to FIG the schematic drawings are described in which:

1 eine Zelle für die elektrolytische Gewinnung von Aluminium zeigt, die mit Anoden betrieben wird, die mit Elektrolyt-Leitbauteilen gemäß der Erfindung versehen sind; 1 shows a cell for the electrolytic production of aluminum, which is operated with anodes, which are provided with electrolytic conducting components according to the invention;

2, 3 und 4 vergrößerte Teile von Abwandlungen der in 1 gezeigten Elektrolyt-Leitbauteile während des Zellenbetriebs zeigen; 2 . 3 and 4 enlarged parts of variations of the in 1 show electrolyte guide components shown during cell operation;

5 eine Querschnittsansicht von einer anderen Anode mit Elektrolyt-Leitbauteilen gemäß der Erfindung zeigt, von denen lediglich eine dargestellt ist; 5 FIG. 3 shows a cross-sectional view of another anode with electrolyte conducting components according to the invention, only one of which is shown;

6 eine Ansicht von einer Hälfte einer Baugruppe aus mehreren Elektrolyt-Leitbauteilen zeigt, ähnlich der, die in 5 gezeigt ist; 6 a view of one half of an assembly of several electrolyte guide components, similar to that shown in 5 is shown;

7 eine Ansicht der in 5 gezeigten Anode ist, zusammen mit einer Hälfte einer Baugruppe von Elektrolyt-Leitbauteilen, wie in 6 gezeigt; und 7 a view of the in 5 anode shown, together with one half of an assembly of electrolyte conducting components, as in 6 shown; and

8 eine Ansicht von einer Abwandlung der Anode aus 7 ist, gezeigt ohne die Elektrolyt-Leitbauteile. 8th a view of a modification of the anode 7 is shown without the electrolyte guide components.

Detaillierte Beschreibungdetailed description

1 zeigt eine Zelle zur elektrolytischen Gewinnung von Aluminium gemäß der Erfindung, die mit einer Reihe von gelochten Metallanoden 10 versehen ist, mit einer allgemein horizontalen Anodenstruktur 12, 13, 15 unter einer Reihe von Elektrolyt-Leitbauteilen 5 gemäß der Erfindung, eingetaucht in einen krustenlosen geschmolzenen Elektrolyt 30. Die Zelle weist Isolierungseinrichtungen auf, wie zum Beispiel eine isolierende Abdeckung (nicht gezeigt), die den Elektrolyten abdeckt, um die Bildung einer Elektrolyt-Kruste an der Oberfläche des Elektrolyten 30 zu verhindern. Es kann eine solche Abdeckung vorgesehen sein, wie sie in der WO 99/02763 (de Nora/Sekhar) beschrieben ist. 1 shows a cell for the electrolytic production of aluminum according to the invention, with a series of perforated metal anodes 10 is provided with a generally horizontal anode structure 12 . 13 . 15 under a number of electrolyte components 5 according to the invention, immersed in a crustless molten electrolyte 30 , The cell has isolation devices, such as an insulating cover (not shown) that covers the electrolyte to prevent the formation of an electrolyte crust on the surface of the electrolyte 30 to prevent. Such a cover can be provided as is described in WO 99/02763 (de Nora / Sekhar).

Die Anoden 10 sind einem horizontalen Kathodenzellenboden 20 zugewandt, der über Stromleiterstangen 21 mit einer negativen Sammelschiene verbunden ist. Der Kathodenzellenboden 20 ist aus einem leitfähigen Material hergestellt, wie zum Beispiel Graphit oder ein anderes kohlenstoffhaltiges Material, das mit einer mit Aluminium-benetzbaren, hitzebeständigen kathodischen Beschichtung 22 beschichtet ist, an der Aluminium 35 erzeugt wird und von der es abläuft oder auf dem ein flaches Bad, ein tiefes Bad oder ein stabilisiertes Bad gebildet ist. Das geschmolzene erzeugte Aluminium 35 ist durch einen Zwischen-Elektroden-Abstand von den zugewandten Anoden 10 beabstandet.The anodes 10 are a horizontal cathode cell bottom 20 facing that over conductor bars 21 is connected to a negative busbar. The cathode cell bottom 20 is made of a conductive material, such as graphite or other carbonaceous material, with an aluminum-wettable, heat-resistant cathodic coating 22 is coated on the aluminum 35 is generated and from which it runs off or on which a shallow bath, a deep bath or a stabilized bath is formed. The molten aluminum produced 35 is by an inter-electrode distance from the facing anodes 10 spaced.

Paare von Anoden 10 sind mit einer positiven Sammelschiene über eine erste vertikale Stromzuführung 11' und einen horizontalen Stromverteiler 11'' verbunden, der an seinen beiden Enden über einen zweiten vertikalen Stromverteiler 11''' mit einer gelochten Anode 10 verbunden ist.Pairs of anodes 10 are with a positive busbar via a first vertical power supply 11 ' and a horizontal power distributor 11 '' connected at its two ends via a second vertical power distributor 11 ''' with a perforated anode 10 connected is.

Die zweiten vertikalen Stromverteiler 11''' sind an der Anodenstruktur 12, 13, 15 an einem Querbauteil 12 montiert, das wiederum mit zwei oder mehr schräg verlaufenden Verbindungsbauteilen 13 verbunden ist, um eine Reihe von Anodenbauteilen 15 zu befestigen. Die Stromzuführungen 11', 11'', 11''', das Querbauteil 12, die schräg verlaufenden Verbindungsbauteile 13 und die Anodenbauteile 15 sind durch Verschweißungen, Nieten oder andere Einrichtungen mechanisch verbunden.The second vertical power distributor 11 ''' are on the anode structure 12 . 13 . 15 on a cross member 12 assembled, which in turn with two or more oblique connecting components 13 is connected to a series of anode components 15 to fix. The power supplies 11 ' . 11 '' . 11 ''' , the cross member 12 , the sloping connecting components 13 and the anode components 15 are mechanically connected by welding, rivets or other devices.

Die Anodenbauteile 15 haben eine elektrochemisch aktive untere Fläche 16, an denen während des Zellenbetriebs anodisch Sauerstoff erzeugt wird. Die Anodenbauteile 15 haben die Form von parallelen, geradlinigen Stangen in einer gelochten koplanaren Anordnung, die durch Zwischen-Bauteil-Spalte 17 seitlich voneinander beabstandet sind. Die Zwischen-Bauteil-Spalte 17 bilden Durchflussöffnungen für die Zirkulation von Elektrolyt und das Entweichen von anodisch erzeugtem Gas, das an den elektrochemisch aktiven Flächen 16 freigesetzt wird.The anode components 15 have an electrochemically active lower surface 16 , on which oxygen is generated anodically during cell operation. The anode components 15 have the shape of paralle len, straight-line rods in a perforated coplanar arrangement, through inter-component gaps 17 are laterally spaced apart. The intermediate component column 17 form flow openings for the circulation of electrolyte and the escape of anodically generated gas, which on the electrochemically active surfaces 16 is released.

Das Querbauteil 12 und die schräg verlaufenden Verbindungsbauteile 13 bewirken eine im wesentlichen gleichmäßige Stromverteilung durch die Anodenbauteile 15 zu ihren elektrochemisch aktiven Flächen 16. Die Stromzuführung 11, das Querbauteil 12 und die schräg verlaufenden Verbindungsbauteile 13 müssen nicht elektrochemisch aktiv sein, und deren Oberflächen können passiv sein, wenn sie dem Elektrolyten ausgesetzt sind. Sie sollten jedoch elektrisch gut leiten, um unnötige Spannungsabfälle zu vermeiden, und sie sollten sich im wesentlichen nicht in dem Elektrolyten auflösen.The cross member 12 and the oblique connection components 13 cause an essentially uniform current distribution through the anode components 15 to their electrochemically active surfaces 16 , The power supply 11 , the cross member 12 and the oblique connection components 13 need not be electrochemically active and their surfaces can be passive when exposed to the electrolyte. However, they should conduct well electrically to avoid unnecessary voltage drops and should not essentially dissolve in the electrolyte.

Bezüglich der Anodenstruktur 12, 13, 15 können Abwandlungen erfolgen, wie sie beispielsweise in der WO 00/40782 (de Nora) offenbart sind.Regarding the anode structure 12 . 13 . 15 Modifications can take place, such as those disclosed in WO 00/40782 (de Nora).

Wie vorstehend erläutert, kann die elektrochemisch aktive Oberfläche 16 der Anodenbauteile 15 auf Eisenoxid basieren, insbesondere auf Hämatit basieren. Geeignete Anodenmaterialien sind in der WO 00/06802 (Duruz/de Nora/Crottaz), WO 00/40783 (de Nora/Duruz), WO 00/06803 (Duruz/de Nora/Crottaz), WO 00/06804 (Crottaz/Duruz), WO 01/42534 (de Nora/Duruz) und WO 01/42535 (Duruz/de Nora) offenbart.As explained above, the electrochemically active surface 16 of the anode components 15 based on iron oxide, especially based on hematite. Suitable anode materials are described in WO 00/06802 (Duruz / de Nora / Crottaz), WO 00/40783 (de Nora / Duruz), WO 00/06803 (Duruz / de Nora / Crottaz), WO 00/06804 (Crottaz / Duruz ), WO 01/42534 (de Nora / Duruz) and WO 01/42535 (Duruz / de Nora).

Die Eisenoxid-Oberfläche kann sich über alle eingetauchten Teile 11''', 12, 13, 15 der Anode 10 erstrecken, insbesondere über den eingetauchten Teil von dem zweiten vertikalen Stromverteiler 11''', der vorzugsweise mit Eisenoxid bedeckt ist, und zwar zumindest 10 cm über der Fläche des Elektrolyten 30.The iron oxide surface can spread over all immersed parts 11 ''' . 12 . 13 . 15 the anode 10 extend, particularly over the submerged portion of the second vertical power distributor 11 ''' , which is preferably covered with iron oxide, at least 10 cm above the surface of the electrolyte 30 ,

Die eingetauchten aber inaktiven Teile der Anode 10 können außerdem mit Zinkoxid beschichtet sein. Außerdem, wenn Teile der Anode 10 mit Zinkoxid beschichtet sind, muss die Konzentration des gelösten Aluminiumoxids in dem Elektrolyten 30 bei über 3 Gew.-% gehalten werden, um eine übermäßige Auflösung von Zinkoxid in den Elektrolyten 30 zu verhindern.The immersed but inactive parts of the anode 10 can also be coated with zinc oxide. In addition, if parts of the anode 10 are coated with zinc oxide, the concentration of the dissolved aluminum oxide in the electrolyte 30 are maintained at over 3% by weight to prevent excessive dissolution of zinc oxide in the electrolyte 30 to prevent.

Der Kern von allen Anodenkomponenten 11', 11'', 11''', 12, 13, 15 ist vorzugsweise sehr leitfähig und kann aus Kupfer hergestellt sein, geschützt durch aufeinanderfolgende Schichten aus Nickel; Chrom; Nickel; Kupfer und wahlweise einer weiteren Schicht aus Nickel.The core of all anode components 11 ' . 11 '' . 11 ''' . 12 . 13 . 15 is preferably very conductive and can be made of copper, protected by successive layers of nickel; Chrome; Nickel; Copper and optionally another layer of nickel.

Die Anoden 10 sind außerdem mit einer Reihe von Elektrolyt-Leitbauteilen versehen, die Einrichtungen bilden, um das Auflösen von pulverförmigem Aluminiumoxid zu unterstützen, das dem krustenlosen geschmolzenen Elektrolyten 30 zugeführt wird, und zwar in Form von parallelen, beabstandeten, geneigten Ablenkplatten 5, die oberhalb und benachbart zu der gelochten Anoden struktur 12, 13, 15 angeordnet ist. Die Ablenkplatten 5 haben obere, nach unten gerichtet konvergierende Flächen 6 und untere, nach oben gerichtet konvergierende Flächen 7, die gasförmigen Sauerstoff ablenken, der anodisch unter der elektrochemisch aktiven Fläche 16 der Anodenbauteile 15 erzeugt wird und der zwischen den Zwischen-Bauteil-Spalten 17 durch die gelochte Anodenstruktur 12, 13, 15 entweicht. Der Sauerstoff, der über den Ablenkplatten 5 freigesetzt wird, unterstützt das Auflösen von Aluminiumoxid, das dem Elektrolyten 30 oberhalb der nach unten gerichtet konvergierenden Flächen 6 zugeführt wird.The anodes 10 are also provided with a series of electrolyte baffles which form means to aid in the dissolution of powdered alumina, the crustless molten electrolyte 30 is supplied, in the form of parallel, spaced, inclined baffles 5 structure above and adjacent to the perforated anode 12 . 13 . 15 is arranged. The baffles 5 have upper, downward converging surfaces 6 and lower, upward converging surfaces 7 that deflect gaseous oxygen, the anodic under the electrochemically active surface 16 of the anode components 15 is generated and that between the intermediate component columns 17 through the perforated anode structure 12 . 13 . 15 escapes. The oxygen that's over the baffles 5 is released, supports the dissolution of aluminum oxide, which is the electrolyte 30 above the downward converging surfaces 6 is fed.

Eine ähnliche Anoden-Konstruktion wurde in dem US-Patent 4,263,107 (Pellegri) vorgeschlagen, um die Elektrolyt-Zirkulation bei einer wässrigen Salzlaugen-Elektrolyse zu verbessern. Die Anode war aus herkömmlichen Anoden-Materialien für die Salzlaugen-Elektrolyse hergestellt, wie zum Beispiel Titan beschichtet mit einem Metalloxid aus der Platin-Gruppe, mit einer aktiven gelochte Anodenstruktur. Obwohl diese Anoden-Konstruktion für die Elektrolyt-Zirkulation und Gas-Freigabe bei der Salzlaugen-Elektrolyse gut angepasst war, wurde nie vorgeschlagen oder angeregt, sie für Zellen für die elektrolytische Gewinnung von Aluminium zu verwenden, die sich wesentlich von Chlor-Alkali-Zellen unterscheiden, und um insbesondere das Auflösen von zugeführtem Aluminiumoxid zu verbessern.A similar anode construction was found in the U.S. patent 4,263,107 (Pellegri) proposed to improve the electrolyte circulation in an aqueous brine electrolysis. The anode was made from conventional anode materials for brine electrolysis, such as titanium coated with a metal oxide from the platinum group, with an active perforated anode structure. Although this anode design was well adapted for electrolyte circulation and gas release in brine electrolysis, it has never been suggested or suggested to use it for cells for the electrolytic extraction of aluminum, which is significantly different from chlor-alkali cells distinguish, and in particular to improve the dissolution of supplied alumina.

Die Aluminium-benetzbare kathodische Beschichtung 22 der Zelle, wie in 1 gezeigt, kann vorteilhafterweise eine durch Schlamm aufgebrachte, hitzebeständige Hartmetall-Beschichtung sein, wie in dem US-Patent 5,651,874 (de Nora/Sekhar) vorgeschlagen. Vorzugsweise beinhaltet die Aluminium-benetzbare kathodische Beschichtung 22 eine dicke Beschichtung aus hitzebeständigem Hartmetall-Borid, wie zum Beispiel TiB2, wie in der WO 98/17842 (Sekhar/Duruz/Liu) offenbart, die besonders gut geeignet ist, um den Kathodenboden einer drainierten Zelle zu schützen, wie in 1 gezeigt.The aluminum wettable cathodic coating 22 the cell as in 1 can advantageously be a mud-applied, heat-resistant hard metal coating, as in the US patent 5,651,874 (de Nora / Sekhar) proposed. The aluminum-wettable cathodic coating preferably contains 22 a thick coating of heat-resistant hard metal boride, such as TiB 2 , as disclosed in WO 98/17842 (Sekhar / Duruz / Liu), which is particularly suitable for protecting the cathode bottom of a drained cell, as in 1 shown.

Die Zelle hat außerdem Seitenwände 25 aus kohlenstoffhaltigem Material oder aus einem anderen Material. Die Seitenwände 25 sind über der Oberfläche des Elektrolyten 30 mit einer Bor- oder einer schützenden Phosphat-Beschichtung/Imprägnierung 26 beschichtet/inprägniert, wie in dem US-Patent 5,486,278 (Manganiello/Duruz/Bellò) und in dem US-Patent 5,534,130 (Sekhar) beschrieben.The cell also has side walls 25 made of carbon-containing material or another material. The sidewalls 25 are above the surface of the electrolyte 30 with a boron or a protective phosphate coating / impregnation 26 coated / impregnated as in the U.S. patent 5,486,278 (Manganiello / Duruz / Bellò) and in the US patent 5,534,130 (Sekhar) described.

Unter der Oberfläche des Elektrolyten 30 sind die Seitenwände 25 mit einer Aluminium-benetzbaren Beschichtung 23 beschichtet, so dass geschmolzenes Aluminium 35, das durch Kapillar- und magnetohydrodynamische Kräfte getrieben wird, die Seitenwände 25 überdeckt und vor dem Elektrolyt 35 schützt. Die Aluminium-benetzbare Beschichtung 23 erstreckt sich von der Aluminium-benetzbaren kathodischen Beschichtung 22 über die Fläche der verbindenden Eckprismen 28 an den Seitenwänden 25 hoch bis zumindest zur Oberfläche des Elektrolyten 30. Die Aluminium-benetzbare Seiten-Beschichtung 23 kann vorteilhafterweise aus einem aufgebrachten und getrockneten und/oder hitzebehandelten Schlamm aus partikelförmigem TiB2 in kolloidalem Silika hergestellt sein, die in einem hohen Maße mit Aluminium benetzbar ist.Under the surface of the electrolyte 30 are the side walls 25 with an aluminum-wettable coating 23 coated so that molten aluminum 35 , which is driven by capillary and magnetohydrodynamic forces, the side walls 25 covered and in front of the electrolyte 35 protects. The aluminum wettable coating 23 extends from the aluminum wettable cathodic coating 22 across the area of the connecting corner prisms 28 on the side walls 25 high up to at least the surface of the electrolyte 30 , The aluminum wettable side coating 23 can advantageously from an applied and dried and / or heat-treated sludge made of particulate TiB 2 in colloidal silica, which is highly wettable with aluminum.

Alternativ können die Seitenwände 25 oberhalb und unterhalb der Oberfläche des Elektrolyten 30 mit einer auf Zink-basierenden Beschichtung beschichtet sein, wie zum Beispiel eine Zinkoxid-Beschichtung, wahlweise mit Aluminiumoxid oder eine Zinkaluminat-Beschichtung. Wenn eine auf Zink-basierende Beschichtung verwendet wird, um die Seitenwände 25 oder die Anoden 10 zu beschichten, wie vorstehend beschrieben, muss die Konzentration von gelöstem Aluminiumoxid in dem geschmolzenen Elektrolyt 30 oberhalb von 4 Gew.-% gehalten werden, um eine Auflösung einer solchen Beschichtung im wesentlichen zu verhindern.Alternatively, the side walls 25 above and below the surface of the electrolyte 30 be coated with a zinc-based coating, such as a zinc oxide coating, optionally with aluminum oxide or a zinc aluminate coating. If a zinc-based coating is used to cover the side walls 25 or the anodes 10 To coat as described above, the concentration of dissolved alumina in the molten electrolyte 30 are kept above 4% by weight in order to substantially prevent the dissolution of such a coating.

Während des Zellenbetriebs wird dem Elektrolyten 30 über den Ablenkplatten 5 und der Metallanodenstruktur 12, 13, 15 Aluminiumoxid zugeführt. Das zugeführte Aluminiumoxid wird auf gelöst und von dem unteren Ende der konvergierenden Flächen 6 in dem Zwischen-Elektroden-Spalt durch die Zwischen-Bauteil-Spalte 17 und um die Kanten der Metallanodenstruktur 12, 13, 15 herum verteilt, d.h. zwischen benachbarten Paaren von Anoden 10 oder zwischen Umfangsanoden 10 und Seitenwänden 25. Durch das Leiten von elektrischem Strom zwischen den Anoden 10 und dem zugewandten Kathodenzellenboden 20 wird an den elektrochemisch aktiven Anodenflächen 16 Sauerstoff erzeugt, und Aluminium wird erzeugt, das in das kathodische geschmolzene Aluminium übergeht. Der an den aktiven Flächen 16 erzeugte Sauerstoff entweicht durch die Zwischen-Bauteil-Spalte 17 und wird von den nach oben gerichtet konvergierenden Flächen 7 der Ablenkplatten 5 abgefangen. Der Sauerstoff entweicht von den obersten Enden der nach oben gerichtet konvergierenden Flächen 7, wodurch das Auflösen von Aluminiumoxid verbessert wird, das über den nach unten konvergierenden Flächen 6 zugeführt wird.During cell operation, the electrolyte 30 over the baffles 5 and the metal anode structure 12 . 13 . 15 Alumina fed. The alumina fed is dissolved and from the lower end of the converging surfaces 6 in the inter-electrode gap through the inter-component column 17 and around the edges of the metal anode structure 12 . 13 . 15 distributed around, ie between adjacent pairs of anodes 10 or between peripheral anodes 10 and side walls 25 , By conducting electrical current between the anodes 10 and the facing cathode cell bottom 20 is on the electrochemically active anode surfaces 16 Oxygen is generated, and aluminum is generated that merges into the cathodic molten aluminum. The one on the active areas 16 generated oxygen escapes through the inter-component column 17 and is from the upward converging surfaces 7 the baffles 5 intercepted. The oxygen escapes from the uppermost ends of the upward converging surfaces 7 , which improves the dissolution of alumina over the converging surfaces 6 is fed.

Die Zellen für die elektrolytische Gewinnung von Aluminium, die in 2, 3 und 4 gezeigt sind, sind ähnlich der, die in 1 gezeigt ist.The cells for the electrolytic extraction of aluminum, which in 2 . 3 and 4 are similar to that shown in 1 is shown.

In 2 sind die Leitbauteile geneigte Ablenkplatten 5, wie in 1 gezeigt. In diesem Beispiel befindet sich das oberste Ende von jeder Ablenkplatte 5 knapp über der mittleren Höhe zwischen der Oberfläche des Elektrolyten 30 und den schräg verlaufenden Verbindungsbauteilen 13.In 2 are the guide components inclined baffles 5 , as in 1 shown. In this example, the top end of each baffle is located 5 just above the mean height between the surface of the electrolyte 30 and the inclined connecting components 13 ,

Wie in 2 ebenfalls gezeigt, wird eine Elektrolyt-Zirkulation 31 durch das Entweichen von Gas erzeugt, das an den aktiven Flächen 16 der Anodenbauteile 15 zwischen den Zwischen-Bauteil-Spalten 17 freigesetzt wird, das durch die nach oben gerichtet konvergierenden Flächen 7 der Ablenkplatten 5 abgelenkt wird, die das Gas und die Elektrolyt-Strömung zwischen ihren obersten Kanten einengen. Von den obersten Kanten der Ablenkplatten entweicht das anodisch erzeugte Gas in Richtung auf die Oberfläche des Elektrolyten 30, wohingegen die Elektrolyt-Zirkulation 31 nach unten durch die nach unten gerichtet konvergierenden Flächen 6, durch die Zwischen-Bauteil-Spalte 17 und um die Kanten der Metallanodenstruktur 12, 13, 15 strömt, um den Druck zu kompensieren, der durch das anodisch erzeugte Gas unter den aktiven Flächen 17 der Anodenbauteile 15 erzeugt wird. Die Elektrolyt-Zirkulation 31 strömt nach unten in den Zwischen-Elektroden-Spalt, wodurch Aluminiumoxidpulver 32 aufgelöst wird, das in den krustenlosen geschmolzenen Elektrolyt von oberhalb der nach unten gerichtet konvergierenden Flächen zugeführt wird, um in Richtung auf den Zwischen-Elektroden-Spalt gleichmäßig verteilt zu werden.As in 2 also shown is an electrolyte circulation 31 generated by the escape of gas on the active surfaces 16 of the anode components 15 between the intermediate component columns 17 is released by the upward converging surfaces 7 the baffles 5 is deflected, which constricts the gas and the electrolyte flow between their uppermost edges. The anodically generated gas escapes from the uppermost edges of the baffle plates in the direction of the surface of the electrolyte 30 , whereas the electrolyte circulation 31 down through the downward converging surfaces 6 , through the intermediate component column 17 and around the edges of the metal anode structure 12 . 13 . 15 flows to compensate for the pressure generated by the anodized gas under the active areas 17 of the anode components 15 is produced. The electrolyte circulation 31 flows down into the inter-electrode gap, causing alumina powder 32 which is fed into the crustless molten electrolyte from above the downward converging surfaces to be evenly distributed toward the interelectrode gap.

3 zeigt einen Teil von einer Zelle zur elektrolytischen Gewinnung von Aluminium, wobei die Ablenkplatten 5 als Elektrolyt-Leitbauteile dienen, wie jene, die in der Zelle aus 2 gezeigt sind, aber deren Flächen lediglich teilweise konvergieren. Die unteren Abschnitte 4 der Ablenkplatten 5 verlaufen vertikal und parallel zueinander, wohingegen ihre oberen Abschnitte nach oben gerichtet und nach unten gerichtet konvergierende Flächen 6, 7 haben. Das oberste Ende von den Ablenkplatten 5 befindet sich unterhalb aber nahe der Oberfläche des Elektrolyten 30, um die Turbulenz an der Elektrolyt-Oberfläche zu verstärken, die durch die Freigabe von anodisch erzeugtem Gas bewirkt wird. 3 shows part of a cell for the electrolytic production of aluminum, the baffle plates 5 serve as electrolyte lead components, such as those made in the cell 2 are shown, but their surfaces only partially converge. The lower sections 4 the baffles 5 run vertically and parallel to each other, whereas their upper sections face upwards and downwards converging surfaces 6 . 7 to have. The top end of the baffles 5 is below but near the surface of the electrolyte 30 to increase the turbulence on the electrolyte surface caused by the release of anodized gas.

4 zeigt eine Abwandlung der in 3 gezeigten Ablenkplatten, bei denen parallele vertikale Abschnitte 4 über den konvergierenden Flächen 6, 7 angeordnet sind. 4 shows a modification of the in 3 baffles shown, in which parallel vertical sections 4 over the converging surfaces 6 . 7 are arranged.

Durch das Leiten und Einengen von anodisch erzeugtem Sauerstoff in Richtung auf die Oberfläche des Elektrolyten 30 mit Ablenkplatten oder anderen Einengungsmitteln, insbesondere wie in 3 und 4 gezeigt, wird Sauerstoff so nahe zur Oberfläche freigegeben, um oberhalb der nach unten gerichtet konvergierenden Flächen 6 Turbulenzen zu erzeugen, wodurch das Auflösen von Aluminiumoxid verbessert wird, das darüber zugeführt wird.By guiding and concentrating anodically generated oxygen towards the surface of the electrolyte 30 with baffles or other constriction agents, especially as in 3 and 4 shown, oxygen is released so close to the surface to above the downward converging surfaces 6 Generate turbulence which improves the dissolution of alumina which is fed over it.

Es soll verstanden werden, dass die Elektrolyt-Einengungsbauteile 5, die in 1, 2, 3 und 4 gezeigt sind, entweder längliche Ablenkplatten sein können oder stattdessen eine Reihe von vertikalen Trichterkanälen mit einem runden oder polygonalen Querschnitt aufweisen, wie zum Beispiel nachstehend beschrieben wird.It should be understood that the electrolyte restriction components 5 , in the 1 . 2 . 3 and 4 are either elongated baffles or instead have a series of vertical funnel channels with a round or polygonal cross-section, as described, for example, below.

5 und 7 zeigen eine Anode 10' mit einem runden Boden, wobei die Anode 10' in 5 im Querschnitt und in 7 von oben gezeigt ist. An der rechten Seite von 5 und 7 ist die Anode 10' mit Elektrolyt-Leitbauteilen 5' gemäß der Erfindung gezeigt. Die Elektrolyt-Leitbauteile 5', die in 7 dargestellt sind, sind in 6 separat gezeigt. 5 and 7 show an anode 10 ' with a round bottom, the anode 10 ' in 5 in cross section and in 7 is shown from above. To the right of 5 and 7 is the anode 10 ' with electrolyte guide components 5 ' shown according to the invention. The electrolyte guide components 5 ' , in the 7 are shown in 6 shown separately.

Die in 5 und 7 gezeigte Anode 10' hat mehrere, beispielsweise vier, konzentrische runde Anodenbauteile 15. Die Anodenbauteile 15 sind durch Zwischen-Bauteil-Spalte 17 seitlich voneinander beabstandet und durch radiale Verbindungsbauteile in der Form von Flanschen 13 miteinander verbunden, die mit einem äußeren Ring 13' verbunden sind. Der äußere Ring 13' verläuft vertikal von den äußersten Anodenbauteilen 15, wie in 5 gezeigt, um mit den radial verlaufenden Flanschen 13 eine Rad-ähnliche Struktur 13, 13' zu bilden, wie in 7 gezeigt, durch die die Anodenbauteile 15 an einer zentralen Anodenstromzuführung 11 befestigt sind.In the 5 and 7 anode shown 10 ' has several, for example four, concentric round anode components 15 , The anode components 15 are by intermediate component column 17 sideways from each other which is spaced and by radial connecting components in the form of flanges 13 linked together with an outer ring 13 ' are connected. The outer ring 13 ' runs vertically from the outermost anode components 15 , as in 5 shown to be with the radial flanges 13 a wheel-like structure 13 . 13 ' to form as in 7 shown through which the anode components 15 on a central anode power supply 11 are attached.

Wie in 5 gezeigt, geht das innerste runde Anodenbauteil 15 teilweise in die Stromzuführung 11 über, deren Kanäle 18 zwischen dem innersten runden Anodenbauteil 15 und der Stromzuführung 11 verlaufen, um das Entweichen von Sauerstoff zu ermöglichen, das unter der zentralen Stromzuführung 11 erzeugt wird.As in 5 shown, the innermost round anode component goes 15 partly in the power supply 11 over whose channels 18 between the innermost round anode component 15 and the power supply 11 run to allow the escape of oxygen that is under the central power supply 11 is produced.

Jedes Elektrolyt-Leitbauteil 5' hat im wesentlichen die Form von einem Trichter mit einer breiten unteren Öffnung 9 zur Aufnahme von anodisch erzeugtem Sauerstoff und einer engen oberen Öffnung 8, aus der der Sauerstoff freigegeben wird, um das Auflösen von Aluminiumoxid zu unterstützen, das oberhalb der Elektrolyt-Leitbauteile 5' zugeführt wird. Die innere Fläche 7 des Elektrolyt-Leitbauteils 5' ist dazu ausgestaltet, um eine nach oben gerichtete Elektrolyt-Strömung zu kanalisieren und zu unterstützen, die durch anodisch erzeugten Sauerstoff getrieben wird. Die äußere Oberfläche 6 des Elektrolyt-Leitbauteils 5' ist dazu ausgestaltet, um das Auflösen von Aluminiumoxid zu unterstützen, das von oben zugeführt wird, und um mit Aluminiumoxid angereicherten Elektrolyt nach unten zu dem Zwischen-Elektroden-Spalt zu führen, wobei der Elektrolyt hauptsächlich um die gelochte Struktur herumströmt.Every electrolyte guide component 5 ' has essentially the shape of a funnel with a wide lower opening 9 for receiving anodized oxygen and a narrow upper opening 8th , from which the oxygen is released to aid in the dissolution of alumina that is above the electrolyte lead components 5 ' is fed. The inner surface 7 of the electrolyte guide component 5 ' is designed to channel and support an upward electrolyte flow that is driven by anodized oxygen. The outer surface 6 of the electrolyte guide component 5 ' is designed to help dissolve alumina fed from above and to feed alumina-enriched electrolyte down to the interelectrode gap, the electrolyte mainly flowing around the perforated structure.

Wie in 6 und 7 gezeigt, sind die Elektrolyt-Leitbauteile 5' in einer runden Anordnung angeordnet, wobei lediglich eine Hälfte der Anordnung gezeigt ist. Die Elektrolyt-Leitbauteile 5' sind durch Befestigungen 3 seitlich miteinander befestigt und so angeordnet, um über den Anodenbauteilen 15 gehalten zu werden, wobei die Befestigungen 3 beispielsweise an den Verbindungsbauteilen 13 angeordnet oder befestigt sind, wie in 7 gezeigt, falls erforderlich. Jedes Elektrolyt-Leitbauteil 5' ist in einem runden Sektor angeordnet, der durch zwei benachbarte radiale Flansche 13 und durch einen Bogen von dem äußeren Ring 13' gebildet ist, wie in 7 gezeigt.As in 6 and 7 shown are the electrolyte guide components 5 ' arranged in a round arrangement, only one half of the arrangement being shown. The electrolyte guide components 5 ' are through fortifications 3 laterally attached to each other and arranged to over the anode components 15 to be held with the fastenings 3 for example on the connection components 13 are arranged or attached as in 7 shown if necessary. Every electrolyte guide component 5 ' is arranged in a circular sector by two adjacent radial flanges 13 and through an arch from the outer ring 13 ' is formed as in 7 shown.

Die Anordnung der Elektrolyt-Leitbauteile 5' und der Anode 10' kann als Einheiten geformt sein. Das hat den Vorteil, dass mechanischen Verbindungen und die Gefahr der Veränderung der Eigenschaften der Materialien der Elektrolyt-Leitbauteile 5' oder der Anode 10' durch das Schweißen vermieden werden.The arrangement of the electrolyte guide components 5 ' and the anode 10 ' can be shaped as units. This has the advantage that mechanical connections and the risk of changing the properties of the materials of the electrolyte guide components 5 ' or the anode 10 ' can be avoided by welding.

Die Anoden 10' und die Elektrolyt-Leitbauteile 5' können aus irgendeinem geeigneten Material, das einer Oxidation und dem Fluorid enthaltenden geschmolzenen Elektrolyt widersteht, hergestellt sein, wie beispielsweise in der WO 00/06802 (Duruz/de Nora/Crottaz), WO 00/40783 (de Nora/Duruz), WO 00/06803 (Duruz/de Nora/Crottaz), WO 00/06804 (Crottaz/Duruz), WO 01/42534 (de Nora/Duruz) und WO 01/42535 (Duruz/de Nora) offenbart ist.The anodes 10 ' and the electrolyte guide components 5 ' can be made of any suitable material that resists oxidation and the fluoride-containing molten electrolyte, such as in WO 00/06802 (Duruz / de Nora / Crottaz), WO 00/40783 (de Nora / Duruz), WO 00 / 06803 (Duruz / de Nora / Crottaz), WO 00/06804 (Crottaz / Duruz), WO 01/42534 (de Nora / Duruz) and WO 01/42535 (Duruz / de Nora).

8 zeigt eine quadratische Anode 10' als eine Abwandlung der runden Anode 10' aus 5 und 7, aber dargestellt ohne deren Elektrolyt-Leitbauteile. Die Anode 10' aus 8 hat allgemein rechteckige, konzentrische, parallele Anodenbauteile 15 mit abgerundeten Kanten. Die Elektrolyt-Leitbauteile, ähnlich denen aus 5 bis 7, jedoch in einer entsprechend rechteckigen Anordnung, überdecken die Anode 10'. 8th shows a square anode 10 ' as a modification of the round anode 10 ' out 5 and 7 , but shown without their electrolyte guide components. The anode 10 ' out 8th generally has rectangular, concentric, parallel anode components 15 with rounded edges. The electrolyte guide components, similar to those from 5 to 7 , but in a correspondingly rectangular arrangement, cover the anode 10 ' ,

Claims (35)

Elektrolysezelle für die elektrolytische Gewinnung von Aluminium aus Aluminiumoxid, das in einem thermisch isolierten, Fluorid enthaltenden, krustenlosen geschmolzenen Elektrolyt gelöst ist, mit einer elektrochemisch aktiven, gelochten Metallanodenstruktur für das Erzeugen von Sauerstoff und das Entweichen von erzeugtem Sauerstoff durch diese hindurch, und die durch einen Zwischen-Elektroden-Spalt über einer gegenüberliegenden Kathode beabstandet angeordnet ist, an der während des Betriebs Aluminium erzeugt wird, wobei die Zelle außerdem Einrichtungen beinhaltet, um das Auflösen von pulverförmigem Aluminiumoxid zu unterstützen, das der Oberfläche des Elektrolyten zugeführt wird, und um mit Aluminiumoxid angereicherten Elektrolyt zu dem Zwischen-Elektroden-Spalt zu liefern, indem eine Elektrolyt-Zirkulation aufwärts von und abwärts zu dem Zwischen-Elektroden-Spalt induziert wird, die durch das Entweichen von anodisch erzeugtem Sauerstoff durch die gelochte Anodenstruktur angetrieben wird, wobei die Einrichtungen Elektrolyt-Leitbauteile beinhalten, die zumindest eine geneigte Fläche aufweisen, die über der gelochten Anodenstruktur in den geschmolzenen Elektrolyt eingetaucht sind.Electrolytic cell for the electrolytic production of aluminum made of aluminum oxide, which is in a thermally insulated, Fluoride-containing, crustless molten electrolyte is dissolved, with an electrochemically active, perforated metal anode structure for the Generation of oxygen and escape of generated oxygen through this, and through an inter-electrode gap over one opposite Cathode is spaced on the aluminum during operation is generated, the cell also including facilities about dissolving of powdered To support alumina that of the surface of the electrolyte supplied and to add alumina-enriched electrolyte to the Inter-electrode gap to deliver by electrolyte circulation upwards from and down to the inter-electrode gap is induced by the escape of anodically generated Oxygen is driven by the perforated anode structure, whereby the devices contain electrolyte guide components, at least have an inclined surface, the above the perforated anode structure is immersed in the molten electrolyte are. Zelle nach Anspruch 1, bei der die Elektrolyt-Leitbauteile nach unten gerichtet konvergierende, geneigte Flächen aufweisen, die eine nach unten gerichtete Strömung von mit Aluminiumoxid angereichertem Elektrolyt zu dem Zwischen-Elektroden-Spalt hinführen.The cell of claim 1, wherein the electrolyte guide members downward converging, inclined surfaces that face one flow directed below alumina-enriched electrolyte to the inter-electrode gap lead. Zelle nach Anspruch 1, bei der die Elektrolyt-Leitbauteile nach oben gerichtet konvergierende Flächen aufweisen, die eine nach oben gerichtete Strömung von mit Aluminiumoxid abgereichertem Elektrolyt von dem Zwischen-Elektroden-Spalt wegführen, die durch anodisch erzeugten Sauerstoff angetrieben wird.The cell of claim 1, wherein the electrolyte guide members have upward converging surfaces that have a current directed above alumina-depleted electrolyte from the inter-electrode gap lead away, which is driven by anodic oxygen. Zelle nach Anspruch 1, bei der die Elektrolyt-Leitbauteile nach oben gerichtet und nach unten gerichtet konvergierende Flächen aufweisen, die eine nach oben gerichtete Strömung und eine nach unten gerichtete Strömung des Elektrolyten führen.The cell of claim 1, wherein the electrolyte guide members face up and down have directionally converging surfaces that lead an upward flow and a downward flow of the electrolyte. Zelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der sich das untere Ende von jedem Elektrolyt-Leitbauteil von der gelochten Anodenstruktur nach oben erstreckt.Cell according to one of the preceding claims, which is the lower end of each electrolyte guide component from the perforated anode structure extends upward. Zelle nach Anspruch 2, bei der untere Enden der Elektrolyt-Leitbauteile über der oder jeder Anode voneinander beabstandet sind, um zu ermöglichen, dass eine mit Aluminiumoxid angereicherte Elektrolyt-Strömung von den unteren Enden der Elektrolyt-Leitbauteile nach unten strömt, um durch den anodisch erzeugten, nach oben strömenden Sauerstoff verteilt zu werden.The cell of claim 2, wherein the lower ends of the electrolyte guide members over the or each anode are spaced apart to allow that a stream of electrolyte enriched with alumina the lower ends of the electrolyte guide components flow down to distributes the anodically generated, upward flowing oxygen to become. Zelle nach Anspruch 3, bei der die Elektrolyt-Leitbauteile unter der Oberfläche des Elektrolyten angeordnet sind, so dass der anodisch erzeugte, nach oben strömende Sauerstoff in dem Elektrolyt über den Elektrolyt-Leitbauteilen Turbulenzen erzeugt, um das Auflösen von Aluminiumoxid zu verbessern.The cell of claim 3, wherein the electrolyte guide members under the surface of the electrolyte are arranged so that the anodically generated after flowing at the top Oxygen in the electrolyte the electrolyte guide components creates turbulence to dissolve Improve alumina. Zelle nach Anspruch 7, bei der das oberste Ende von jedem Elektrolyt-Leitbauteil mit nicht mehr als 5 cm unter der Oberfläche des Elektrolyten in den Elektrolyt eingetaucht ist.The cell of claim 7, wherein the top of any electrolyte lead component with no more than 5 cm below the surface of the Electrolyte is immersed in the electrolyte. Zelle nach Anspruch 4, bei der die Elektrolyt-Leitbauteile eine allgemein horizontal angeordnete Reihe von Ablenkplatten aufweisen, die in beabstandeter paralleler Konfiguration angeordnet und seitlich geneigt sind, um abwechselnde Paare von nach oben gerichtet konvergierenden Flächen und Paare von nach unten gereichtet konvergierenden Flächen zu bilden.The cell of claim 4, wherein the electrolyte guide members have a generally horizontally arranged row of baffles, which are arranged in a spaced parallel configuration and laterally are inclined to converging alternating pairs of upwards surfaces and pairs of downward converging surfaces form. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die Elektrolyt-Leitbauteile eine Vielzahl von Trichtern bilden.Cell according to one of claims 1 to 8, wherein the electrolyte guide components form a variety of funnels. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die Elektrolyt-Leitbauteile die Form von Kegelstümpfen oder von kegelstumpfförmigen Pyramiden haben.Cell according to one of claims 1 to 8, wherein the electrolyte guide components the shape of truncated cones or frustoconical Have pyramids. Zelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Elektrolyt-Leitbauteile Flächen aus Keramik oder einem anderen Material haben, das gegenüber dem Elektrolyt oxidationsbeständig ist.Cell according to one of the preceding claims, of the electrolyte guide components made of ceramic or a surface have other material that is resistant to oxidation against the electrolyte. Zelle nach Anspruch 12, bei der die Flächen der Elektrolyt-Leitbauteile auf Eisenoxid basieren.The cell of claim 12, wherein the areas of the Electrolyte guide based on iron oxide. Zelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Elektrolyt-Leitbauteile als eine Einheit miteinander verbunden sind.Cell according to one of the preceding claims, which interconnects the electrolyte guide components as a unit are. Zelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die gelochte Anodenstruktur und die gegenüberliegende Kathode horizontal oder mit einer entsprechenden Neigung angeordnet sind.Cell according to one of the preceding claims, horizontal the perforated anode structure and the opposite cathode or are arranged with a corresponding inclination. Zelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die gelochte Anodenstruktur eine Reihe von parallel beabstandeten, koplanaren, elektrochemisch aktiven Anodenbauteilen aufweist.Cell according to one of the preceding claims, the perforated anode structure is a series of parallel spaced Has coplanar, electrochemically active anode components. Zelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit zumindest einer mit Aluminium benetzbaren drainierten Kathode.Cell according to one of the preceding claims, with at least one drained cathode wettable with aluminum. Zelle nach Anspruch 17, bei der die mit Aluminium benetzbare drainierte Kathode eine geneigte drainierte Kathodenfläche hat.The cell of claim 17, wherein the with aluminum wettable drained cathode has an inclined drained cathode surface. Sauerstoff erzeugende Anode von einer Elektrolysezelle für die elektrolytische Gewinnung von Aluminium aus Aluminiumoxid, das in einem Fluorid enthaltenden, geschmolzenen Elektrolyt gelöst ist, mit einer elektrochemisch aktiven, gelochten Metallstruktur für das Erzeugen von Sauerstoff und das Entweichen von erzeugtem Sauerstoff durch diese hindurch, und die bei Betrieb in einem Elektrolyt in einer Zelle durch einen Zwischen-Elektroden-Spalt über einer gegenüberliegenden Kathode beabstandet angeordnet ist, an der Aluminium erzeugt wird, wobei die Anode außerdem Einrichtungen beinhaltet, die dazu ausgestaltet sind, um das Auflösen von pulverförmigem Aluminiumoxid zu unterstützen, das der Oberfläche des Elektrolyten zugeführt wird, und um mit Aluminiumoxid angereicherten Elektrolyt während des Betriebs zu dem Zwischen-Elektroden-Spalt zu liefern, indem eine Elektrolyt-Zirkulation aufwärts von und abwärts zu dem Zwischen-Elektroden-Spalt induziert wird, die durch das Entweichen von anodisch erzeugtem Sauerstoff durch die gelochte Anodenstruktur angetrieben wird, wobei die Einrichtungen Elektrolyt-Leitbauteile beinhalten, die zumindest eine geneigte Fläche aufweisen, die bei Betrieb über der gelochten Anodenstruktur in den geschmolzenen Elektrolyt eingetaucht ist.Oxygen generating anode from an electrolytic cell for the electrolytic extraction of aluminum from aluminum oxide, which in a fluoride-containing molten electrolyte is dissolved with an electrochemically active, perforated metal structure for production of oxygen and the escape of generated oxygen through through them, and those operating in an electrolyte in a Cell through an inter-electrode gap over an opposite one Cathode is spaced on which aluminum is produced, wherein the anode as well Includes facilities designed to resolve the powdery To support alumina that of the surface of the electrolyte supplied and to add electrolyte enriched with alumina during the Operating to deliver to the inter-electrode gap by one Electrolyte circulation upwards from and down to the inter-electrode gap induced by the escape of anodized oxygen through the perforated anode structure is driven, the devices electrolyte guide components include, which have at least one inclined surface, which in operation above the perforated anode structure immersed in the molten electrolyte is. Zelle nach Anspruch 19, bei der die gelochte Struktur eine Reihe von parallel beabstandeten, koplanaren, elektrochemisch aktiven Anodenbauteilen aufweist.The cell of claim 19, wherein the perforated structure a series of parallel spaced, coplanar, electrochemical active anode components. Anode nach Anspruch 20, bei der die Anodenbauteile voneinander beabstandete Platten, Stangen, Stäbe oder Drähte sind.Anode according to claim 20, wherein the anode components spaced apart plates, bars, rods or wires. Anode nach Anspruch 21, bei der jede Platte, Stange, Stab oder Draht im wesentlichen geradlinig ist.Anode according to claim 21, wherein each plate, rod, Rod or wire is essentially rectilinear. Anode nach Anspruch 21, bei der die voneinander beabstandeten Platten, Stangen, Stäbe oder Drähte im wesentlichen konzentrisch angeordnet sind, wobei jede Platte, Stange, Stab oder Draht eine Schlaufe bildet.Anode according to claim 21, wherein the are from each other spaced plates, rods, bars or wires essentially concentric are arranged, each plate, rod, rod or wire a loop forms. Anode nach Anspruch 23, bei der jede Platte, Stange, Stab oder Draht im wesentlichen rund, oval oder polygonal ist.Anode according to claim 23, wherein each plate, rod, Rod or wire is essentially round, oval or polygonal. Anode nach Anspruch 20, 21 oder 22, bei der die Anodenbauteile in einer Gitter-ähnlichen, Netz-ähnlichen oder Maschen-ähnlichen Konfiguration vorgesehen sind.Anode according to claim 20, 21 or 22, wherein the Anode components in a grid-like, network-like or mesh-like Configuration are provided. Anode nach einem der Ansprüche 20 bis 24, bei der die Anodenbauteile durch ein oder mehrere schräg verlaufende Verbindungsbauteile verbunden sind, um den Anodenbauteilen elektrischen Strom zuzuführen.Anode according to any one of claims 20 to 24, in which the Anode components through one or more inclined connecting components are connected to supply electrical current to the anode components. Anode nach Anspruch 26, bei der die Anodenbauteile durch eine Vielzahl von schräg verlaufenden Verbindungsbauteilen verbunden sind, die wiederum durch ein oder mehrere Querbauteile miteinander verbunden sind, um den Anodenbauteilen durch die schräg verlaufenden Verbindungsbauteile elektrischen Strom zuzuführen.The anode of claim 26, wherein the anode components through a variety of oblique extending connecting components are connected, which in turn by one or more transverse components are connected to each other to the Anode components through the oblique to supply electrical current to the connecting components. Anode nach Anspruch 27, mit zumindest einer vertikalen Stromzuführung, die dazu ausgestaltet ist, um mit einer positiven Sammelschiene verbunden zu sein, die mechanisch und elektrisch mit einem oder mehreren schräg verlaufenden Verbindungsbauteilen oder einem oder mehreren Querbauteilen verbunden ist, die eine Vielzahl von schräg verlaufenden Verbindungsbauteilen verbinden, um den Anodenbauteilen durch das (die) schräg verlaufende(n) Verbindungsbauteil e) und, falls vorhanden, durch das (die) Querbauteil(e) elektrischen Strom zuzuführen.Anode according to claim 27, with at least one vertical Power supply, which is designed to work with a positive busbar to be connected mechanically and electrically to one or several at an angle extending connecting components or one or more transverse components connected which is a variety of oblique connecting connecting components connect to the anode components through the oblique running connecting component (s) and, if available, through the to supply the transverse component (s) with electrical current. Anode nach Anspruch 28, bei der die vertikale Stromzuführung, die Anodenbauteile, das (die) schräg verlaufende(n) Verbindungsbauteil e) und, falls vorhanden, das (die) Querbauteile) als eine Einheit miteinander verbunden sind.An anode according to claim 28, wherein the vertical power supply, the Anode components, the (the) oblique running connecting component (s) and, if available, the (the) Transverse components) are connected as a unit. Anode nach Anspruch 28 oder 29, bei der die Elektrolyt-Leitbauteile miteinander und mit der vertikalen Stromzuführung verbunden sind.Anode according to claim 28 or 29, wherein the electrolyte guide components together and with the vertical power supply are connected. Anode nach einem der Ansprüche 19 bis 29, bei der die Elektrolyt-Leitbauteile an der gelochten Anodenstruktur befestigt oder daran angeordnet sind.Anode according to any one of claims 19 to 29, wherein the Electrolyte lead components attached to the perforated anode structure or are arranged on it. Anode nach einem der Ansprüche 19 bis 31, bei der die gelochte Anodenstruktur eine auf Eisenoxid basierende, elektrochemisch aktive Fläche hat.Anode according to any one of claims 19 to 31, wherein the perforated anode structure is based on iron oxide, electrochemical active area Has. Verfahren zum Erzeugen von Aluminium in einer Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 18, mit: Auflösen von Aluminiumoxid in dem Elektrolyt durch Einleiten von Aluminiumoxid in Form von Pulver in den krustenlosen geschmolzenen Elektrolyt von einer Stelle oberhalb der Elektrolyt-Leitbauteile, und Durchleiten von einem ionischen Strom zwischen der aktiven gelochten Anodenstruktur und der gegenüberliegenden Kathode, wodurch in dem Zwischen-Elektroden-Spalt eine Elektrolyse durchgeführt wird, um an der Kathode Aluminium und an der gelochten Anodenstruktur Sauerstoff zu erzeugen, und Induzieren einer Elektrolyt-Zirkulation aufwärts von und abwärts zu dem Zwischen-Elektroden-Spalt, die durch das Entweichen von anodisch erzeugtem Sauerstoff durch die gelochte Anodenstruktur angetrieben wird, mit Hilfe dieser Einrichtungen, um das Auflösen von pulverförmigem Aluminiumoxid zu unterstützen und um mit Aluminiumoxid angereicherten Elektrolyt zu dem Zwischen-Elektroden-Spalt zu führen.Process for producing aluminum in a cell according to one of the claims 1 to 18, with: Dissolve of alumina in the electrolyte by introducing alumina in the form of powder in the crustless molten electrolyte from a point above the electrolyte guide components, and passing through of an ionic current between the active perforated anode structure and the opposite Cathode, causing electrolysis in the interelectrode gap carried out is made to aluminum on the cathode and on the perforated anode structure Generate oxygen and induce electrolyte circulation upwards from and down to the inter-electrode gap caused by the escape of anodic generated oxygen driven by the perforated anode structure will, with the help of these facilities, to resolve powdery Support alumina and around alumina-enriched electrolyte to the inter-electrode gap respectively. Elektrolysezelle für die elektrolytische Gewinnung von Aluminium aus Aluminiumoxid, das in einem thermisch isolierten, Fluorid enthaltenden, krustenlosen geschmolzenen Elektrolyt gelöst ist, mit einer elektrochemische aktiven, gelochten Metallanodenstruktur für das Erzeugen von Sauerstoff und die durch einen Zwischen-Elektroden-Spalt über einer gegenüberliegenden Kathode beabstandet angeordnet ist, an der während des Betriebs Aluminium erzeugt wird, wobei die Zelle außerdem Einrichtungen aufweist, um das Auflösen von pulverförmigem Aluminiumoxid zu unterstützen, das der Oberfläche des Elektrolyten zugeführt wird, und zum gleichmäßigen Verteilen und Zuführen von mit Aluminiumoxid angereichertem Elektrolyt durch die gelochte Struktur zum Zwischen-Elektroden-Spalt, wobei die Einrichtungen Elektrolyt-Leitbauteile beinhalten, die in dem Elektrolyt über der gelochten Anodenstruktur angeordnet sind, wobei die Elektrolyt-Leitbauteile nach unten gerichtet konvergierende Flächen aufweisen, die in den Elektrolyt eingetaucht und dazu ausgestaltet sind, um: – das Auflösen von Aluminiumoxid zu verbessern, das über deren nach unten gerichtet konvergierenden Flächen zugeführt wird; und – mit Aluminiumoxid angereicherten Elektrolyt nach unten durch deren nach unten gerichtet konvergierenden Flächen und durch die gelochte Struktur zum Zwischen-Elektroden-Spalt zu führen.Electrolytic cell for the electrolytic production of aluminum made of aluminum oxide, which is in a thermally insulated, Fluoride-containing, crustless molten electrolyte is dissolved, with an electrochemically active, perforated metal anode structure for the Generate oxygen and through an inter-electrode gap over an opposite one Cathode is spaced on the aluminum during operation is generated, the cell also having means about dissolving of powdered To support alumina that of the surface of the electrolyte supplied and for even distribution and feeding of electrolyte enriched with aluminum oxide through the perforated Structure for the interelectrode gap, the devices providing electrolyte guide components include that in the electrolyte over the perforated anode structure are arranged, the electrolyte guide components directed downwards converging surfaces have, which are immersed in the electrolyte and designed for this purpose are to: - the Dissolve of alumina to improve that is directed downward over their converging surfaces supplied becomes; and - With Alumina-enriched electrolyte down through its after converging surfaces directed below and through the perforated Structure between the interelectrode gap respectively. Elektrolysezelle für die elektrolytische Gewinnung von Aluminium aus Aluminiumoxid, das in einem thermisch isolierten, Fluorid enthaltenden, krustenlosen geschmolzenen Elektrolyt gelöst ist, mit einer elektrochemische aktiven, gelochten Metallanodenstruktur für das Erzeugen von Sauerstoff und die durch einen Zwischen-Elektroden-Spalt über einer gegenüberliegenden Kathode beabstandet angeordnet ist, an der während des Betriebs Aluminium erzeugt wird, wobei die Zelle außerdem Einrichtungen aufweist, um das Auflösen von pulverförmigem Aluminiumoxid zu unterstützen, das der Oberfläche des Elektrolyten zugeführt wird, und zum gleichmäßigen Verteilen und Zuführen von mit Aluminiumoxid angereichertem Elektrolyt durch und/oder um die gelochte Struktur herum zu dem Zwischen-Elektroden-Spalt, wobei die Einrichtungen Elektrolyt-Leitbauteile beinhalten, die in dem Elektrolyt über der gelochten Anodenstruktur angeordnet sind, wobei die Elektrolyt-Leitbauteile nach oben gerichtet konvergierende Flächen aufweisen, die in den Elektrolyt eingetaucht und dazu ausgestaltet sind, um: – eine nach oben gerichtete Strömung von mit Aluminiumoxid abgereicherten Elektrolyt zu führen, die durch anodisch erzeugten Sauerstoff angetrieben wird, der durch die gelochte Anodenstruktur entweicht, um das Auflösen von Aluminiumoxid zu verbessern, das über deren nach oben gerichtet konvergierenden Flächen zugeführt wird; – mit Aluminiumoxid angereicherten Elektrolyt nach unten durch und/oder um die gelochte Anodenstruktur herum zu dem Zwischen-Elektroden-Spalt zu führen.Electrolytic cell for the electrolytic extraction of aluminum from aluminum oxide, which is dissolved in a thermally insulated, fluoride-containing, crustless, molten electrolyte, with an electrochemically active, perforated metal anode structure for the generation of oxygen and through an interelectrode gap over an opposite cathode spaced apart on which aluminum is generated during operation, the cell also having means to assist in dissolving powdered alumina which is supplied to the surface of the electrolyte and for uniformly distributing and supplying alumina-enriched electrolyte by and / or around the perforated structure to the interelectrode gap, the means including electrolyte guide members disposed in the electrolyte above the perforated anode structure, the electrolyte guide members having upwardly converging surfaces immersed in the electrolyte and are designed to: - conduct an upward flow of alumina depleted electrolyte driven by anodized oxygen that escapes through the perforated anode structure to improve the dissolution of alumina that is directed upward therefrom konverg ieren areas is supplied; - Lead electrolyte enriched with aluminum oxide down through and / or around the perforated anode structure to the interelectrode gap.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012175419A2 (en) * 2011-06-22 2012-12-27 Sgl Carbon Se Annular electrolytic cell and annular cathode with magnetic field compensation

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2223587T3 (en) * 1999-10-26 2005-03-01 Moltech Invent S.A. CELL FOR ALUMINUM ELECTROLYSIS, WITH LOW EMPERATURE OPERATION.
US6638412B2 (en) * 2000-12-01 2003-10-28 Moltech Invent S.A. Prevention of dissolution of metal-based aluminium production anodes
SI1654401T1 (en) 2003-08-14 2012-01-31 Rio Tinto Alcan Int Ltd Metal electrowinning cell with electrolyte purifier
US9121104B2 (en) 2011-01-31 2015-09-01 Alcoa Inc. Systems and methods for determining alumina properties
RU2698162C2 (en) 2017-03-01 2019-08-22 Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" Perforated metal inert anode for aluminium production by molten electrolysis

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4110178A (en) * 1977-05-17 1978-08-29 Aluminum Company Of America Flow control baffles for molten salt electrolysis
IT1165047B (en) * 1979-05-03 1987-04-22 Oronzio De Nora Impianti PROCEDURE FOR IMPROVING THE TRANSPORT OF MATERIAL TO AN ELECTRODE AND RELATED HYDRODYNAMIC MEDIA
DE69526264T2 (en) * 1994-09-08 2002-10-24 Moltech Invent Sa Aluminum electrolytic cell with drainable cathode

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012175419A2 (en) * 2011-06-22 2012-12-27 Sgl Carbon Se Annular electrolytic cell and annular cathode with magnetic field compensation
WO2012175419A3 (en) * 2011-06-22 2013-04-04 Sgl Carbon Se Annular electrolytic cell and annular cathode with magnetic field compensation

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