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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft Ablaufkathodenzellen zur elektrolytischen Gewinnung
von Aluminium aus Aluminiumoxid des Typs, der eine Reihe von Anoden umfasst,
die durch eine geneigte Zwischenelektrodenlücke von einer oder mehreren
gegenüberliegenden
Kathoden beabstandet sind und so angeordnet sind, dass der Elektrolyt
in der geneigten Zwischenelektrodenlücke unterstützt durch anodisch produzierte
Gase nach oben zirkuliert. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren
zur Herstellung von Aluminium in solchen Zellen sowie Kathoden und
Anoden, die für solche
Zellen vorgesehen sind.
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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Technologie zur Produktion von Aluminium durch Elektrolyse von in
geschmolzenen kryolithhaltigen Salzen gelöstem Aluminiumoxid bei Temperaturen
um die 950°C
ist mehr als hundert Jahre alt.
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Dieses
Verfahren, das fast gleichzeitig von Hall und Heroult gefunden wurde,
hat sich nicht so wie die anderen elektrochemischen Verfahren weiterentwickelt,
obwohl sich die Gesamtproduktion von Aluminium in den letzten 50
Jahren um fast das 100-fache phänomenal
erhöht
hat. Das Verfahren und Zelldesign haben keine große Veränderung
oder Verbesserung erfahren, und nach wie vor werden kohlenstoffhaltige
oder kohlenstoffartige Materialien als Elektroden und Zellauskleidungen
verwendet.
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US-A-3
400 061 (Lewis/Hildebrandt) und US-A-4 602 990 (Boxall/Gamson/Green/Traugott)
offenbart Zellen zur elektri schen Gewinnung von Aluminium mit geneigten
Ablaufkathoden und gegenüberliegenden
Anoden, die über
die Zelle geneigt sind. In diesen Zellen fließt das geschmolzene Aluminium an
den geneigten Kathoden in einer mittigen längsgerichteten Rille die Mitte
der Zelle entlang, oder in lateralen längsgerichteten Rillen an den
Zellseiten entlang, um das geschmolzene Aluminium zu sammeln und
in einen Sumpf abzugeben.
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In
US-A-5 362 366 (de Nora/Sekhar) wurde eine doppelpolare Anoden-Kathoden-Anordnung
offenbart, wobei Kathodenkörper
von den Anoden herabhängen,
wodurch Entfernen und Wiedereintauchen des Aufbaus während der
Betriebs möglich sind,
wobei dieser Aufbau auch mit einer Ablaufkathode arbeitet.
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US-A-5
368 702 (de Nora) schlägt
eine neue multimonopolare Zelle mit sich aufwärts erstreckenden Kathoden
vor, die Anoden mit einer relativ großen, nach innen weisenden,
aktiven Anodenoberfläche
gegenüberliegen
und von diesen umgeben sind oder zwischen diesen liegen. In einigen
Ausführungsformen
wurde Elektrolytzirkulation mit einer Rohranode mit geeigneten Öffnungen
erreicht.
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US-A-5
651 874 (de Nora/Sekhar) schlägt Beschichtungskomponenten
mit einer als Aufschlämmung
aufgebrachten Beschichtung aus hitzebeständigem Borid vor, die sich
als hervorragend für
Kathodenanwendungen erwiesen hat. Diese Veröffentlichung offenbart aus
Aufschlämmung
aufgebrachte Auftragungen und neue Ablaufkathodenkonfigurationen
einschließlich
Designs, bei denen ein Kathodenkörper
mit einer geneigten oberen Ablaufkathodenoberfläche auf dem Zellboden angeordnet
oder befestigt ist.
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US-A-5
683 559 (de Nora) schlägt
ein neues Kathodendesign für
eine Ablaufkathode vor, wobei Rillen oder Vertiefungen in die Oberfläche von
Blöcken
eingebaut wurden, die die Kathodenoberfläche bilden, um das abgelaufene
Produktaluminium zu kanalisieren.
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US-A-5
368 702 (de Nora) offenbart eine Ablaufzelle zur elektrolytischen
Gewinnung von Aluminium mit einer konischen plattenartigen Anode
und einer konischen Kathode mit parallelen, sich gegenüberliegenden
aktiven Oberflächen,
die durch geneigte Zwischenelektrodenlücken voneinander beabstandet
sind. Die Zwischenräume
leiten einen Aufwärtsstrom
des Elektrolyten, der außerhalb
der Lücken entlang
einer geneigten Anodenseite der konischen plattenartigen Anode von
einem oberen Bereich zu einem unteren Bereich der Lücken zurückkehrt.
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Es
ist in letzter Zeit möglich
geworden, Kohlenstoffkathoden mit einer Aufschlämmung zu beschichten, die an
dem Kohlenstoff haftet und aluminiumbenetzbar und sehr hart wird,
wenn die Temperatur 700 bis 800°C
oder sogar 950 bis 1000°C
erreicht, wie bereits gesagt. Obwohl die Aufbringung dieser Beschichtungen
auf Ablaufkathodenzellen vorgeschlagen worden ist, ist die Anwendung
dieser Technologie im kommerziellen Maßstab auf Kohlenstoffböden von
Zellen begrenzt gewesen, die mit den konventionellen tiefen Aluminiumschmelzen
betrieben werden. Weitere Designmodifikationen in der Zellkonstruktion
können
dazu führen,
dass mehrere der potentiellen Vorteile dieser Beschichtungen erhalten werden.
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Obwohl
die vorhergehenden Druckschriften fortlaufende Bemühungen zur
Verbesserung der Zellbetriebe zeigen, hat keiner die Erfindung vorgeschlagen,
und daher hat es keine annehmbaren Vorschläge zur Verbesserung der Zelleffizienz
und gleichzeitigen Erleichterung der Implementierung einer Ablaufkathodenkonfiguration
mit verbesserter Elektrolytzirkulation gegeben.
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Gegenstände der
Erfindung
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Ein
Gegenstand der Erfindung ist die Überwindung von Problemen, die
dem konventionellen Design von Zellen eigen sind, die zur elektrolytischen Gewinnung
von Aluminium aus Aluminiumoxid verwendet werden, das in geschmolzenen,
Fluorid enthaltenden Schmelzen gelöst ist, insbesondere Kryolith,
indem nämlich
eine Ablaufkathodenkonfiguration vorgeschlagen wird, die eine verbesserte
Elektrodenanordnung einbezieht.
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Ein
weiterer Gegenstand der Erfindung ist das Ermöglichen von effizienterem Zellbetrieb
durch Modifizieren des Designs der Ablaufkathode(n) und/oder der
Anoden, um die Elektrolytzirkulation zu verbessern.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Anordnung,
bei der Gasfreisetzung an einer geneigten Anodenoberfläche verwendet
wird, um Elektrolytzirkulation herbeizuführen, die wiederum durch ein
neues Kathoden- und/oder Anodendesign erleichtert wird.
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Ein
weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Bereitstellung einer Zelle
mit einer Kathode aus neuem Design, die den Betrieb der Ablaufkathode
ermöglicht,
wobei effektive Elektrolytzirkulation mit leichter Entfernung der
anodisch produzierten Gase und mit dem leichten Auffangen des Produktaluminiums
kombiniert ist.
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Ein
weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Erhöhung der Effizienz der Elektrolyse,
indem Aluminiumoxid einem zirkulierenden Elektrolyten zugeführt wird,
um die Verarmung während
der Elektrolyse zu kompensieren, wobei diese Elektrolytzirkulation
mittels einer neuen Elektrodenkonfiguration produziert wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ein
Hauptaspekt der Erfindung betrifft eine Ablaufkathodenzelle zur
elektrolytischen Gewinnung von Aluminium aus in einem Fluorid enthaltenden, geschmolzenen
Elektrolyten gelöstem
Aluminiumoxid. Die Zelle umfasst eine oder mehrere Anoden und eine
oder mehrere Kathoden. Die oder jede Anode beziehungsweise Kathode
hat bzw. haben eine geneigte V-förmige
aktive Anodenoberfläche
und eine parallele, geneigte, umgekehrt V-förmige Kathodenabflussoberfläche, die
sich gegenüber
liegen und voneinander durch zwei geneigte Zwischenelektrodenlücken beabstandet
sind, die so angeordnet sind, dass Elektrolyt in den geneigten Zwischenelektrodenlücken unterstützt durch
anodisch produziertes Gas aufwärts
zirkuliert und dann von einem oberen Bereich zu einem unteren Bereich
jeder Zwischenelektrodenlücke
entlang eines Elektrolytweges zurückkehrt. Jeder Elektrolytweg
erstreckt sich wie folgt durch vertikale und horizontale Durchgänge: bei
der Kathode ein vertikaler Durchgang von einem oberen zu einem unteren
Teil einer Kathode und dann ein horizontaler Durchgang in oder unter
dem unteren Teil der Kathode; und/oder bei der Anode ein horizontaler Durchgang
in oder auf einem oberen Teil einer Anode und dann ein vertikaler
Durchgang, der sich von dem oberen zu dem unteren Teil der Anode
erstreckt. Jeder horizontale Durchgang erstreckt sich im Wesentlichen über die
gesamte horizontale Länge
einer entsprechenden Zwischenelektrodenlücke.
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In
diesem Kontext bedeutet "V-förmige Oberfläche" eine Oberfläche mit
einem senkrechten Querschnitt, die streng genommen oder allgemein
ein V bildet, insbesondere ein abgeflachtes oder abgestumpftes V.
Eine derartige Oberfläche
kann allgemein konisch, kegelstumpfförmig oder biplanar sein.
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Die
erfindungsgemäße Ablaufkathodenzelle und
das entsprechende Verfahren zur elektrolytischen Gewinnung von Aluminium
hat zahlreiche Vorteile, zu denen die folgenden gehören:
- a) Die anodisch produzierten Gase werden wegen der
Neigung der anodisch aktiven Oberflächen rasch entfernt.
- b) Die Zelle kann mit hoher Stromdichte betrieben werden, die
eine ausreichende aufwärtsgerichtete Entfernung
von an odisch produziertem Gas liefert, um eine entsprechend nach
oben gerichtete Zirkulation des Elektrolyten in der Anoden-Kathoden-Lücke zu produzieren.
- c) die Neigung der kathodischen Oberflächen reicht aus, um trotz der
Gegenströmung
des Elektrolyten, der durch die Gasfreisetzung nach oben mitgerissen
wird, effektives Ablaufen des Produktaluminiums zu ermöglichen.
- d) Der allgemein horizontale Durchgang sorgt für einen
Teil eines Rückkehrwegs
für den
Elektrolyten, wodurch eine Zirkulation des Elektrolyten um die Elektroden
herum im stationären
Zustand möglich
wird.
- e) eine verbesserte Elektrolytzirkulation kann erreicht werden,
indem eine Mehrzahl von Rückkehrwegen
bereitgestellt wird, die mit sowohl anodischen als auch kathodischen
Elektroden in Verbindung sind.
- e) Die induzierte Elektrolytzirkulation kann vorteilhaft mit
einer Zufuhr von Aluminiumoxid kombiniert werden, um die Verarmung
während
der Elektrolyse zu kompensieren. Diese Zufuhr von Aluminiumoxid
kann sich neben dem oberen Ende der geneigten Zwischenelektrodenlücke oder
möglicherweise über den
Anoden befinden.
- f) Die Kathode(n) kann bzw. können leicht aus den üblichen
Kohlenstoffsorten gefertigt werden, die für Kathodenanwendungen verwendet
werden, wobei die geneigten Kathodenoberflächen mindestens mit einer geeigneten
Beschichtung aus mit Aluminium benetzbaren hitzebeständigen Material
beschichtet sind, beispielsweise einer als Aufschlämmung aufgetragenen
Beschichtung, die Titandiborid enthält, wie beispielsweise in US-A-5 651 874 (de Nora/Sekhar)
oder WO 98/17842 (Sekhar/Duruz/Liu) beschrieben ist.
- g) Die Fertigung der Kathoden mit allgemein konischen, keilförmigen oder
prismatischen Vertiefungen in der Kathodenoberseite führt zu einem
sehr kompakten und energieeffizienten Design.
- h) Die Zellen können
mit verbrauchbaren Kohlenstoffanoden verwendet werden, es lassen
sich jedoch große
Vorteile unter Verwendung im Wesentlichen dimensionsstabiler, sauerstoffentwickelnder
Nicht-Kohlenstoffanoden erreichen, insbesondere zusammen mit Kathoden
mit im Allgemeinen konischen, keilförmigen oder primatischen Vertiefungen
in ihrer/ihren Oberseite(n).
- i) Die Kathoden können
an den Anoden aufgehängt
sein, damit sie leicht entfernt und wieder in die Zelle eingesetzt
werden können.
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Jeder
horizontale Durchgang des Elektrolytwegs kann durch eine Öffnung gebildet
werden, die sich durch eine Kathode oder eine Anode hindurch erstreckt.
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Die
oder jede Kathode kann mit einem Elektrolytweg in Verbindung stehen.
Der Elektrolytweg kann sich durch einen vertikalen Durchgang in
der Mitte einer umgekehrt V-förmigen
Kathodenoberfläche
von dem oberen bis zu dem unteren Teil von der oder jeder Kathode
erstrecken. Alternativ kann sich der Elektrolytweg durch einen vertikalen
Durchgang hindurch erstrecken, der sich von neben einem oberen Teil
einer V-förmigen
Kathodenoberfläche
bis zu dem unteren Teil von der oder jeder Kathode erstreckt.
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In ähnlicher
Weise kann die oder jede Anode mit einem Elektrolytweg in Verbindung
stehen. Der Elektrolytweg kann sich durch einen vertikalen Durchgang
von dem oberen zu dem unteren Teil von der oder jeder Anode in der
Mitte einer V-förmigen Anodenoberfläche erstrecken.
Alternativ kann sich der Elektrolytweg durch einen vertikalen Durchgang von
dem oberen Teil einer umgekehrten V-förmigen Anodenoberfläche bis
neben einen unteren Teil der Anode erstrecken.
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Die
horizontalen Durchgänge
können
durch eine äußere Oberseite
einer Anode oder eine äußere Unterseite
einer Kathode begrenzt sein.
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Die
geneigten Ablaufkathodenoberflächen können abwärts zu einer
Anordnung zum Auffangen von Produktaluminium führen.
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Die
oder jede Kathode kann durch Verbindungsmittel, die aus Materialien
mit hohem elektrischen, chemischen und mechanischen Widerstand gefertigt
sind, mit mindestens einer Anode verbunden sein, wobei die Zwischenelektrodenlücken im Wesentlichen
konstant gehalten werden, so dass die oder jede Kathode mit der
Anode/den Anoden, an der/denen sie verbunden ist, entfernbar und
in die Zelle einsetzbar ist. Die oder jede Kathode kann somit an
mindestens einer Anode aufgehängt
sein, oder durch andere Mittel an einer Anode aufgehängt sein. Alternativ
kann die oder jede Kathode mechanisch zwischen einem Paar benachbarter
Anoden durch mindestens einen horizontalen, elektrisch nicht leitfähigen Stange
oder Schiene befestigt sein, die an dem Paar benachbarter Anoden
befestigt ist und sich durch die Kathode hindurch erstreckt. Die
elektrisch nicht leitfähige
Stange oder Schiene kann sich durch eine Mehrzahl von Kathoden hindurch
erstrecken.
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Die
Ablaufkathodenoberflächen
haben üblicherweise
eine aluminiumbenetzbare Beschichtung. Die Ablaufkathodenoberflächen können zudem durch
eine aus Aufschlämmung
aufgebrachte Beschichtung aus aluminiumbenetzbarem hitzebeständigem Material
dimensionsstabil gemacht werden.
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Der
Fluorid enthaltende, geschmolzene Elektrolyt in der Zelle kann im
Wesentlichen Kryolith oder Kryolith mit einem Überschuss an AlF3 sein,
in der Regel einem Überschuss,
der et wa 25 bis 35 Gew.-% des Elektrolyten entspricht. Ein AlF3-Überschuss
in dem Elektrolyten setzt den Schmelzpunkt des Elektrolyten herab
und ermöglicht
den Zellbetrieb mit einem Elektrolyten bei niedrigerer Temperatur,
in der Regel 780° bis
880°C, insbesondere
820° bis
860°C.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung von Aluminium
in einer Zelle wie oben beschrieben, die gelöstes Aluminiumoxid in einem geschmolzenen
Elektrolyten enthält.
Bei dem Verfahren wird: gelöstes
Aluminiumoxid in den Zwischenelektrodenlücken elektrolysiert, wodurch
Aluminium auf der/den Ablaufkathodenoberfläche(n) und Gas auf der/den
aktiven Anodenoberfläche(n)
produziert wird. Die aufwärtsgerichtete
Elektrolytzirkulation in den geneigten Zwischenelektrodenlücken wird
durch die aufwärtsgerichtete
Entfernung von anodisch produziertem Gas unterstützt. Der Elektrolyt kehrt von einem
oberen Teil der Zwischenelektrodenlücken an den Elektrolytwegen
entlang zu einem unteren Teil zurück. An Aluminiumoxid verarmter
Elektrolyt wird in den Elektrolytwegen mit Aluminiumoxid wieder
aufgefüllt,
vorzugsweise neben den oberen Teilen der Zwischenelektrodenlücken.
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Wenn
die Anoden aus Kohlenstoffmaterial gefertigt sind, wird während der
Elektrolyse anodisch CO2 produziert.
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Die
Anoden sind vorzugsweise aus inertem Nicht-Kohlenstoffmaterial gefertigt,
vorzugsweise aus Metall oder auf Metallbasis, wie beispielsweise
in WO-A-99/36593, WO-A-99/36594, WO-A-00/06801, WO-A-00/06805 und
WO-A-00/40783 (alle im Namen von de Nora/Duruz), US-A-6 077 415
(Duruz/de Nora), WO-A-99/36591
und US-A-6 103 090 (beide im Namen von de Nora) offenbart ist. In
einer bevorzugten Ausführungsform
werden die Anoden aus einer Legierung auf Nickel-Eisen-Basis gefertigt,
wie z. B. in WO-A-00/06803 (Duruz/de Nora/Crottaz) oder WO-A-00/06804 (Crottaz/Duruz)
offenbart ist. Wenn die Anoden aus inertem Material gefertigt sind,
wird Sauerstoff anodisch entweder durch Oxidieren sauerstoffhaltiger
Ionen direkt an den aktiven Oberflächen entwickelt, oder indem
zuerst fluorhaltige Ionen oxidiert werden, die anschließend mit
den sauerstoffhaltigen Ionen reagieren, wie in PCT/IB99/01976 (Duruz/de
Nora) beschrieben ist.
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Wenn
die Zelle mit Anoden auf Metallbasis betrieben wird, ist der geschmolzene
Elektrolyt vorteilhaft im Wesentlichen mit Aluminiumoxid gesättigt, insbesondere
an der elektrochemisch aktiven Anodenoberfläche, und mit Spezies von mindestens
einem Hauptmetall gesättigt,
das an der Oberfläche der
Anoden vorhanden ist, um die Anoden dimensionsstabil zu halten,
wie in WO-A-00/06802 (Duruz/de Nora/Crottaz) offenbart ist.
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Ein "Hauptmetall" bezieht sich auf
ein Metall, das an der Oberfläche
der Anode insbesondere in einer oder mehreren Oxidverbindungen in
einer Menge von mindestens 25% der Gesamtmenge des Metalls vorhanden
ist, das an der Oberfläche
der Anode vorhanden ist.
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Die
oder jede Anode kann mit einem Elektrolytweg in Verbindung stehen,
wobei Aluminiumoxid von oberhalb des oberen Teils der oder jeder
Anode eingespeist wird, wo es sich in dem Elektrolyten löst und entlang
des Elektrolytwegs zu einem unteren Teil der Zwischenelektrodenlücke zirkuliert
wird. Alternativ oder kumulativ kann die oder jede Kathode mit einem
Elektrolytweg in Verbindung stehen, wobei Aluminiumoxid von oberhalb
des oberen Teils der oder jeder Kathode eingespeist wird, wo es
sich in dem Elektrolyten löst
und entlang des Elektrolytwegs zu einem unteren Teil der Zwischenelektrodenlücke zirkuliert
wird.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Kathode einer Zelle
zur elektrolytischen Gewinnung von Aluminium aus in einem Fluorid
enthaltenden, geschmolzenen Elektrolyten ge löstem Aluminiumoxid, wie oben
beschrieben. Die Kathode umfasst eine oder mehrere umgekehrte, V-förmige, geneigte Ablaufkathodenoberflächen, die
während
des Gebrauchs einer oder mehreren Anoden gegenüberliegen und von diesen durch
Zwischenelektrodenlücken beabstandet
sind. Die Kathode steht mit einem oder mehreren Elektrolytwegen
in Verbindung, damit der Elektrolyt von einem oberen Teil zu einem
unteren Teil der Zwischenelektrodenlücken zurückkehrt. Der oder jeder Elektrolytweg
erstreckt sich durch einen vertikalen Durchgang von einem oberen
zu einem unteren Teil der Kathode und danach durch einen horizontalen
Durchgang in oder unter dem unteren Teil der Kathode. Der oder jeder
horizontale Durchgang erstreckt sich im Wesentlichen über die
gesamte horizontale Länge
der entsprechenden umgekehrten, V-förmigen Kathodenoberfläche.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Anode einer Zelle zur
elektrolytischen Gewinnung von Aluminium aus in einem Fluorid enthaltenden,
geschmolzenen Elektrolyten gelöstem
Aluminiumoxid wie oben beschrieben. Die Anode umfasst eine V-förmige geneigte
aktive Anodenoberfläche, die
während
des Gebrauchs einer entsprechend geneigten Ablaufkathode gegenüberliegt
und von dieser durch Zwischenelektrodenlücken beabstandet ist. Die Anode
steht mit einem Elektrolytweg in Verbindung, damit der Elektrolyt
von einem oberen Teil zu einem unteren Teil der Zwischenelektrodenlücken zurückkehrt.
Der Elektrolytweg erstreckt sich durch einen horizontalen Durchgang
in oder auf einem oberen Tel der Anode und danach durch einen vertikalen Durchgang,
der sich von dem oberen Teil zu einem unteren Teil der Anode erstreckt.
Der horizontale Durchgang erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte
horizontale Länge
der entsprechenden V-förmigen
Anodenoberfläche.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Ablaufkathodenzelle zur elektrolytischen
Gewinnung von Aluminium aus in einem Fluorid enthaltenden geschmolzenen
Elektrolyten gelöstem
Aluminiumoxid. Die Zelle umfasst eine Reihe von Anoden, die über einer
oder mehreren Kathoden hängen.
Die Anoden beziehungsweise die Kathode(n) haben geneigte aktive Anodenoberflächen und
parallel geneigte Ablaufkathodenoberflächen, die einander gegenüberliegen und
durch geneigte Zwischenelektrodenlücken beabstandet sind, die
so angeordnet sind, dass der Elektrolyt unterstützt durch anodisch produziertes
Gas in den geneigten Zwischenelektrodenlücken aufwärts zirkuliert und danach über Elektrolytwege
aus oberen Teilen zu unteren Teilen der Zwischenelektrodenlücken zurückkehrt.
Jeder Elektrolytweg erstreckt sich wie folgt durch horizontale und
vertikale Durchgänge: einen
vertikalen Durchgang, der mit einer Kathode in Verbindung steht,
und danach einem horizontalen Durchgang in oder unter einem unteren
Teil der Kathode, und/oder einem horizontalen Durchgang in oder
auf einem oberen Teil einer Anode und danach einem vertikalen Durchgang,
der mit der Anode in Verbindung steht. Jeder horizontale Durchgang
erstreckt sich im Wesentlichen über
die gesamte horizontale Länge
einer entsprechenden Zwischenelektrodenlücke.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird in Bezug auf die angefügten schematischen Zeichnungen
näher erläutert, in denen
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1 eine
Querschnittansicht ist, die einen Teil einer erfindungsgemäßen Ablaufkathodenzelle zeigt;
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2 eine
von unten erfolgende Ansicht einer Ausführungsform einer Kathode der
Zelle von 1 ist;
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2a ein
Detail von 2 illustriert;
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3 eine
Ansicht ähnlich 1 ist,
die einen Teil einer Zelle mit einer modifizierten Kathode zeigt;
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4 eine
Querschnittansicht einer Zelle ist, die eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Kathode
einschließt;
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5 bis 7 Querschnittansichten
weiterer Ausführungsformen
von erfindungsgemäßen Ablaufkathodenzellen
sind, in denen Elektrolytzirkulation um die Anoden herum erfolgt;
und
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8 eine
Querschnittansicht ist, die einen Teil einer multimonopolaren erfindungsgemäßen Ablaufkathodenzelle
zeigt.
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Detaillierte
Beschreibung
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1 zeigt
schematisch eine Ablaufkathodenzelle zur elektrolytischen Gewinnung
von Aluminium 10 in einem geschmolzenen, Fluorid enthaltenden
Elektrolyten 12, wie gelöstes Aluminiumoxid enthaltenem
Kryolith. Die Zelle umfasst eine Mehrzahl von Anoden 14,
die über
Kathodenblöcken 16 aufgehängt und
von diesen durch geneigte Zwischenelektrodenlücken 20 beabstandet
sind. Die Zelle kann eine zweckmäßige Anzahl
von Reihen von Anoden 14 und Kathodenblöcken 16 enthalten;
der Einfachheit halber sind nur eine Anode 14 und ein Kathodenblock 16 gezeigt.
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Die
Kathodenblöcke 16 haben
geneigte Ablaufkathodenoberflächen 18,
die aus aluminiumbenetzbarem hitzebeständigem Material gefertigt oder damit
beschichtet sind. Die Kathodenblöcke 16 sind beispielsweise
aus Kohlenstoff gefertigt, und die aluminiumbenetzbare Kathodenoberfläche ist
eine Beschichtung, die Titandiborid enthält und aus einer Aufschlämmung abgesetzt
ist, wie in US-A-5 651 874 (de Nora/Sekhar) oder WO-A-98/17842 (Sekhar/Duruz/Liu)
beschrieben ist. Die Kathodenblöcke 16 sind auf
einem Zellboden 40 angeordnet oder daran durch Binden oder
mechanische Mittel befestigt. Der Zellboden 40 kann auch
aus Kohlenstoff hergestellt sein, der mit einer aluminiumbenetzbaren
Oberfläche
beschichtet ist, die Titandiborid enthält.
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Die
Benetzbarkeit der Beschichtung kann verbessert werden, indem ein
Benetzungsmittel zugefügt
wird, das aus mindestes einem Metalloxid besteht, wie Kupfer-, Eisen-
oder Nickeloxid, das während
des Gebrauchs mit geschmolzenem Aluminium unter Bildung von Aluminiumoxid
und dem Metall des benetzenden Oxids reagiert, wie in PCT/IB99/01982 (de
Nora/Duruz) offenbart ist.
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Diese
geneigten Ablaufkathodenoberflächen 18 führen zu
einer Anordnung zum Auffangen von Produktaluminium 10,
das von den Kathodenoberflächen 18 auf
den Zellboden 40 abläuft.
Die Anoden 14 haben geneigte Arbeitsanodenoberflächen 22,
die den geneigten Ablaufkathodenoberflächen 18 gegenüberliegen.
Diese geneigten Arbeitsanodenoberflächen 22 tragen zur
nach oben gerichteten Entfernung anodisch produzierter Gase bei,
wie durch Pfeile G gezeigt wird.
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Die
Unterseite jedes Kathodenblocks 16 ist mit vier seitwärts gerichteten
Rillen 26' ausgestattet, die
allgemein horizontale Elektrolytdurchgänge 26 begrenzen.
Jede horizontal seitwärts
gerichtete Rille 26' erstreckt
sich von einer äußeren lateralen
Seite 28 zu einer mittleren inneren Seite 30 des
Kathodenblocks 16 unter dem unteren Ende 18'' der geneigten Kathodenoberfläche 18.
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Diese
horizontalen Elektrolytdurchgänge 26 wirken
mit allgemein vertikalen Elektrolytdurchgängen 27 zusammen,
die durch die äußeren lateralen Seiten 28 benachbarter
Kathodenblöcke
begrenzt sind, um einen Weg für
die Elektrolytrückkehr
zur Zirkulation von Elektrolyt 12 zu definieren, die durch
die Entfernung anodisch produzierter Gase entlang der geneigten
Anodenoberfläche 22 in
die Zwischenelektrodenlücken 20 induziert
wird, wie durch Pfeil G gezeigt ist.
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In
jeder Zwischenelektrodenlücke 20 zirkuliert
der Elektrolyt 12 aufwärts
in Gegenrichtung zu dem abwärtsgerichteten
Ablaufen des Aluminiums an den geneigten Ablaufkathodenoberflächen 18. Wenn
der Elektrolyt 12 die äußere laterale
Seite 28 des Kathodenblocks 16 erreicht, nachdem
er das obere Ende der Zwischenelektrodenlücke 20 am oberen Bereich 18'' der sich neigenden Ablaufkathodenoberfläche 18 erreicht
hat, fließt
er den allgemein vertikalen Elektrolytdurchgang 27 herunter
und kehrt über
den allgemein horizontalen Elektrolytdurchgang 26 zu der
inneren Seite 30 des Kathodenblocks 16 zurück. Der
Elektrolyt zirkuliert dann von der inneren Seite 30 zu
dem unteren Ende der Zwischenelektrodenlücke am unteren Ende 18'' der geneigten Ablaufkathodenoberfläche 18.
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Diese
Zirkulation des Elektrolyten wird durch Pfeile E auf der rechten
Seite von 1 gezeigt, während das Ablaufen des Produktaluminiums
durch Pfeile A in der linken Seite von 1 gezeigt
ist.
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Wie
durch Pfeile F in 1 gezeigt ist, wird dem Elektrolyten 12 Aluminiumoxid
zugeführt,
wo er nahe der Elektrolytoberfläche
zirkuliert, d. h. oberhalb des oberen Teils der Zwischenelektrodenlücken 20.
Aluminiumoxidreicher Elektrolyt 12 fließt anschließend um die Kathoden 16 herum
die allgemein vertikalen Elektrolytdurchgänge 27 herunter, um
den allgemein horizontalen Elektrolytdurchgängen 26 zugeführt zu werden,
die den aluminiumoxidreichen Elektrolyten dem Boden der Zwischenelektrodenlücken 20 zuführen.
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Der
obere Bereich der Rillen 26',
der die allgemein horizontalen Elektrolytdurchgänge 26 begrenzt, erstreckt
sich über
das Niveau des Aluminiums, das sich als flache Schmelze 10 auf
dem Zellboden 40 ansammelt. Das Aluminium 10 wird
in einem Reservoir (nicht gezeigt) außerhalb der Anordnung von Anoden 14 und
Kathodenblöcken 16 aufgefangen,
und dieses Reservoir wird in regelmäßigen Intervallen abgezapft,
um die Aluminiumschmelze 10 auf einem gewünschten
Niveau zu halten. Dieses Reservoir kann sich in der Mitte der Zelle
befinden, wie in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung PCT/IB99/00698
(de Nora) offenbart ist, oder an einem Ende der Zelle, innerhalb
oder außerhalb
der Zelle. Das Aluminiumniveau wird so gesteuert, dass das Aluminium
in der Schmelze 10 nicht auf ein Niveau steigt, das sich
dem oberen Bereich der Durchgänge 26 nähert, wo
es die Elektrolytzirkulation behindern könnte.
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2 zeigt
einen allgemein zylindrischen Kathodenblock 16 von 1 in
schematischer Ansicht von unten. In diesem Beispiel sind vier seitwärts gerichtete
Rillen 26',
die die allgemein horizontalen Elektrolytdurchgänge 26 in der Unterseite
des Kathodenblocks 16 bilden, in Kreuzkonfiguration angeordnet,
wobei sie sich mittig an der inneren Seite 30 treffen,
die eine zylindrische durchgehende Bohrung ist. In dieser Ausführungsform
sind die geneigten Ablaufkathodenoberflächen 18 und die geneigten
Anodenoberflächen 22 im
Allgemeinen kegelstumpfförmig. Die
Durchgänge 26 können, falls
erforderlich, abgerundet sein oder an ihren äußeren Enden herausragen, wo
sie zu der allgemein zylindrischen äußeren Seite 28 des
Kathodenblocks 16 führen.
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Wie
in 2a gezeigt ist, können die oberen Teile der Rillen 26', die die allgemein
horizontalen Elektrolytdurchgänge 26 oberhalb
des Niveaus der Aluminiumschmelze 10 bilden, bogenförmig sein.
In einer alternativen Ausführungsform
können
die allgemein horizontalen Elektrolytdurchgänge 26 durch Löcher in
einem unteren Teil der Kathodenblöcke 16 gebildet werden,
oder die Kathodenblöcke 16 können beispielsweise
an den Anoden 14 aufgehängt
sein, um so eine Lücke
zwischen Kathodenblöcken 16 und dem
aufgefangenen geschmolzenen Aluminium 10 zu hinterlassen,
wodurch ein allgemein horizontaler Elek trolytdurchgang 26 unter
der gesamten Unterseite des Kathodenblocks 16 definiert
wird.
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2 zeigt
auch in einer punktierten Linie 29 den Umriss eines Kathodenblocks
mit allgemein rechteckiger Form, der die gleiche Innenkonfiguration
hat.
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1 illustriert
den allgemein horizontalen Elektrolytdurchgang 26 als mit
einheitlicher Höhe
von einem Ende zu dem anderen. Zur Verbesserung der Zirkulation
des Elektrolyten 12 und zur Verhinderung von Verschleiß können die
Endteile der Durchgänge 26 jedoch
gekrümmt
sein, wie in punktierten Linien in der rechten Seite von 1 gezeigt
ist. In ähnlicher Weise
kann die Oberseite des Kathodenblocks 16 entweder flach,
wie gezeigt, oder abgerundet sein.
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3 zeigt
einen Teil einer erfindungsgemäßen Ablaufkathodenzelle ähnlich der
Zelle von 1, die eine oder mehrere Reihen
von Kathodenblöcken 16 enthält. In der
Zelle von 3 befinden sich die allgemein
horizontalen Elektrolytdurchgänge 26 in Öffnungen 26', die sich durch
die Masse des Kathodenkörpers 16 hindurch
erstrecken, oberhalb des Bodens des Kathodenkörpers 16 und somit
oberhalb des Zellbodens 40 beabstandet sind. Die Öffnungen 26' können beispielsweise
einen runden oder ovalen Querschnitt haben, oder rechteckig mit
abgerundeten Kanten. Das Aluminiumniveau 10 wird wie zuvor
etwa in der Mitte zwischen diesen Öffnungen 26' gehalten. In
dieser Ausführungsform
befindet sich die durch Pfeil F gezeigte Aluminiumoxidzufuhr über Kathode 16 sowie über vertikalen
Durchgängen 27, die
zu den allgemein horizontalen Durchgängen 26 führen.
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Die
in 3 illustrierte Kathode kann auch ringförmig sein,
wobei die geneigten Kathodenoberflächen 18 um den oberen
Bereich des Rings herum verteilt sind.
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4 illustriert
eine Elektrolytzirkulation, die durch Pfeile E gezeigt ist, in und
um eine Kathode 16 herum. Diese Elektrolytzirkulation entspricht
im Allgemeinen einer Elektrolytzirkulation, die durch Anordnung
einer Mehrzahl von Anoden-Kathoden-Anordnungen 14, 16,
wie individuell in 3 gezeigt, nebeneinander, jedoch
beabstandet in einer Zelle erreicht werden kann.
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Die
in 4 gezeigte Kathode 16 umfasst eine Mehrzahl
von Kathodenoberflächen 18,
die paarweise als abgestumpfte V-Formen
oder umgekehrte V-Formen gegenüber
einer entsprechenden Anzahl von Anoden 14 angeordnet sind,
die davon durch Zwischenelektrodenlücken 20 beabstandet sind.
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Die
Kathoden 16 schließen
eine Reihe von Elektrolytwegen 26, 27 ein. Jeder
Elektrolytweg erstreckt sich durch einen vertikalen Durchgang 27,
der durch eine vertikale Öffnung
zwischen einem Paar von Kathodenoberflächen 18 begrenzt ist,
von einem oberen zu einem unteren Teil einer Kathode 16 und danach
durch einen horizontalen Durchgang 26, der durch eine horizontale Öffnung 26' in dem unteren Teil
der Kathode begrenzt ist.
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5, 6 und 7 zeigen
schematisch unterschiedliche Anoden-Kathoden-Anordnungen einer Ablaufkathodenzelle,
in der eine Elektrolytzirkulation um Anoden 14, 14' herum erfolgt.
In der Praxis sind die Anoden alle gleich, zum Zweck der Veranschaulichung
sind jedoch zwei unterschiedliche Anodenkonfigurationen 14 und 14' gezeigt.
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5 und 6 zeigen
jeweils eine Ablaufkathodenzelle zur elektrolytischen Gewinnung
von Aluminium 10 in einem geschmolzenen, Fluorid enthaltenden
Elektrolyten 12, der gelöstes Aluminiumoxid enthält. Die
Zelle umfasst eine Mehrzahl von Anoden 14, 14', die über Kathodenblöcken 16 aufgehängt und
durch geneigte Zwischenelektrodenlücken 20 von diesen
beab standet sind. Die Zelle kann eine zweckmäßige Anzahl von Reihen von
Anoden 14, 14' und
Kathodenblöcken
enthalten.
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Die
Anodenblöcke 14, 14' haben geneigte aktive
Anodenoberflächen 22.
Die Anoden- können aus
kohlenstoffhaltigem oder kohlenstoffartigem Material gefertigt werden,
das insbesondere mit einer borhaltigen Lösung imprägniert ist, wie in US-A-5 486 278 (Manganiello/Duruz/Bellò) und
in EP-B-0874789 (de Nora/Duruz/Berclaz) beschrieben ist. Die Anoden sind
jedoch vorzugsweise Sauerstoff entwickelnde, sich nicht verbrauchende
Anoden, die aus inertem Nicht-Kohlenstoffmaterial gefertigt sind,
insbesondere aus Metall oder Material auf Metallbasis, das, wie bereits
gesagt, dimensionsstabil gehalten werden kann.
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Diese
geneigten aktiven Anodenoberflächen 22 liegen
geneigten Ablauf kathodenoberflächen 18 gegenüber, die
zu einer Anordnung zum Auffangen von Produktaluminium 10 führen, das
von den Kathodenoberflächen 18 auf
den Zellboden 40 abläuft.
Diese geneigten aktiven Anodenoberflächen 22 tragen zur
aufwärtsgerichteten
Entfernung anodisch produzierter Gase bei, wie durch Pfeile G gezeigt
wird.
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Die
Unterseite jedes Kathodenblocks 16 ist gegebenenfalls mit
einer vertieften Rille 26'' ausgestattet,
die sich seitwärts
durch den Kathodenblock 16 hindurch erstreckt, um die Bewegung
des Produktaluminiums 10 zu erleichtern, wenn es an einem Ende
der Zelle abgestochen wird. Eine derartige Rille 26'' dient, im Unterschied zu den in
den vorhergehenden Figuren gezeigten Rillen 26', nicht der
Zirkulation des Elektrolyten. Es sind verschiedene Anordnungen zum
Auffangen von Aluminium geeignet, wie beispielsweise in US-A-5 683
559 (de Nora) offenbart ist.
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Der
obere Teil jedes Anodenblocks 14, 14' steht in Verbindung
mit einem allgemein horizontalen Elektrolytdurchgang 36,
der einen Teil des Rückkehrwegs
des Elektrolyten definiert.
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In
dem linken Teil von 5 umfasst jede Anode 14 in
ihrem oberen Teil eine Rille oder Öffnung 36', die den allgemein
horizontalen Elektrolytdurchgang 36 begrenzt. Diese Rille
oder Öffnung 36' erstreckt sich
horizontal neben den oberen Enden 22' der geneigten aktiven Anodenoberfläche 22 zu
einer vertikalen Öffnung 23,
die sich zu einem unteren Teil der Anode 14 zwischen den
Anodenoberflächen 33 erstreckt,
wodurch ein vertikaler Elektrolytweg 37 definiert wird.
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In
dem rechten Teil von 5 und in 6 ist jede
Anode 14' mit
einer Oberseite 36' ausgestattet,
die den allgemein horizontalen Elektrolytdurchgang 36 begrenzt.
In diesem Fall sind die Anoden 14' an einem Stamm 15 aufgehängt, wobei
der gesamte Arbeitsteil der Anode 14' in den geschmolzenen Elektrolyten 12 eintaucht,
wodurch ein Raum oberhalb der Oberseite 36'' zur
Elektrolytzirkulation verbleibt.
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Jeder
allgemein horizontale Elektrolytdurchgang 36 steht in Verbindung
mit einem allgemein vertikalen Elektrolytdurchgang 37,
der durch eine Öffnung 23 begrenzt
ist, die sich zu einem unteren Teil der Anode 14 zwischen
den Anodenoberflächen 22 erstreckt.
Die allgemein horizontalen und vertikalen Durchgänge 36, 37 bilden
einen Elektrolytrückkehrweg
für zirkulierenden
Elektrolyten aus dem oberen Teil der Zwischenelektrodenlücke 20 am
oberen Ende 22' der
geneigten aktiven Anodenoberfläche 22 zu
dem unteren Teil der Zwischenelektrodenlücke 20 am unteren
Ende 22'' der geneigten
aktiven Anodenoberfläche 22.
Die Elektrolytzirkulation wird durch die Freisetzung anodisch produzierter
Gase entlang der geneigten Anodenoberfläche 22 an der Zwischenelektrodenlücke 20 induziert,
wie durch Pfeile G gezeigt ist.
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In
der Zwischenelektrodenlücke 20 zirkuliert der
Elektrolyt 12 aufwärts
in Gegenrichtung zu dem abwärtsgerichteten
Ablaufen des Aluminiums an den geneigten Ablaufkathodenoberflächen 18.
Wenn der Elektrolyt 12 den allgemein horizontalen Elektrolytdurchgang 36 erreicht,
der mit den Anoden 14, 14' in Verbindung steht, fließt er den
Durchgang 36 entlang und dann durch den allgemein vertikalen
Elektrolytdurchgang 37 abwärts entlang Öffnung 23,
von wo er in den unteren Bereich der Zwischenelektrodenlücke 20 am
unteren Ende 22'' der geneigten
aktiven Anodenoberfläche 22 zurückkehrt.
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Diese
Zirkulation des Elektrolyten 12 wird durch Pfeile E auf
der linken Seite von 5 gezeigt, während das Ablaufen des Produktaluminiums
durch Pfeile A in der rechten Seite von 5 gezeigt
ist. Wie durch Pfeile F gezeigt ist, wird auf der linken Seite von 5 Aluminiumoxid
zwischen den Anoden 14 zugeführt, während Aluminiumoxid auf der
rechten Seite von 5 zwischen und/oder oberhalb
der eingetauchten Anoden 14 zugeführt werden kann.
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In 6 ist
jede Kathode 16 mechanisch zwischen einem Paar benachbarter
Anoden 14' durch
horizontale, elektrisch nicht leitende Schienen 19 befestigt,
die in den Anoden 14' befestigt
sind und sich durch die Kathoden 16 hindurch erstrecken.
Diese Konfiguration ermöglicht
gleichzeitiges Einsetzen und Entfernen der Anoden 14' und Kathoden 16 sowie
genaues Positionieren der Anoden 14' über den Kathoden 16,
wodurch der Betrieb mit einer kleinen Zwischenelektrodenlücke 20 möglich ist.
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In 7 steht
jede Anode 14' beziehungsweise
Kathode 16 mit einem allgemein horizontalen Elektrolytdurchgang 36, 26 in
Verbindung, der mit einem allgemein vertikalen Elektrolytdurchgang 37, 27 zusammenwirkt,
wodurch Elektrolytrückkehrwege wie
oben beschrieben definiert werden.
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Während des
Zellbetriebs wird in dem Elektrolyten 12 gelöstes Aluminiumoxid
in den Zwischenelektrodenlücken 20 elektrolysiert,
um an der geneigten Ablaufkathodenoberfläche 18 Aluminium und
an den aktiven Anodenoberflächen 22 Gas,
beispielsweise Sauerstoff, zu produzieren. Das Produktaluminium
läuft an
den geneigten Kathodenoberflächen 18 abwärts zu einer
Anordnung zum Auffangen von geschmolzenem Aluminium 10,
während
die Entfernung von anodisch produzierten Gasen entlang der geneigten
Anodenoberfläche 22 in
der Zwischenelektrodenlücke 20,
wie durch Pfeil G gezeigt wird, zu einem Aufwärtsfluss des Elektrolyten führt, der
die durch Pfeile E gezeigte Elektrolytzirkulation produziert.
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Der
Elektrolyt 12 fließt
in der Zwischenelektrodenlücke 20 aufwärts, wo
er durch die Elektrolyse, welche zwischen den sich gegenüberliegenden
Arbeitsoberflächen 18, 22 der
Anoden/Kathoden 14', 16 stattfindet,
zunehmend an Aluminiumoxid verarmt. Der Elektrolyt verlässt den
oberen Teil der Zwischenelektrodenlücke 20 zwischen den
oberen Enden 18', 22' der Anoden/Kathoden-Arbeitsoberflächen 18, 22,
und das anodisch produzierte Gas wird an der Oberfläche des
Elektrolyten 12 freigesetzt. Ein Teil des Elektrolyten
fließt
um die Anoden 14' herum und
durch diese hindurch, zuerst die allgemein horizontalen Elektrolytdurchgänge 36 hindurch,
danach die Durchgänge 37 abwärts. Ein
weiterer Teil des Elektrolyten fließt um die Kathoden 16 herum
und durch diese hindurch, den Durchgang 27 herunter und
danach in der Zwischenelektrodenlücke 20 nach oben.
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Wie
durch Pfeile F in 1 gezeigt ist, wird dem Elektrolyten 12 Aluminiumoxid
zugeführt,
wo er nahe der Elektrolytoberfläche
zirkuliert, d. h. oberhalb des oberen Teils der Zwischenelektrodenlücken 20 oder
oberhalb der Oberseiten 36' der
Anoden 14'. Anschließend fließt aluminiumoxidreicher
Elek trolyt 12 die allgemein vertikalen Elektrolytdurchgänge 27, 37 abwärts durch
die Anoden 14' beziehungsweise durch
die Kathoden 16, damit er einerseits direkt den unteren
Enden 22'' der geneigten
aktiven Anodenoberflächen 22 zugeführt wird,
und andererseits über die
allgemein horizontalen Elektrolytdurchgänge 26, die in Verbindung
mit den Kathoden 16 stehen, wodurch dem unteren Bereich
der Zwischenelektrodenlücken 20 aluminiumoxidreicher
Elektrolyt zugeführt wird.
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8 zeigt
eine multimonopolare Ablaufkathodenzelle, in der die Anoden 14' und Kathoden 16 von
oberhalb der Zelle an Anodenstämmen 15 und Kathodenstämmen 17 aufgehängt sind,
die auch der Stromzufuhr zu Anoden 14' und Kathoden 16 dienen.
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Ähnlich wie
bei der in 6 gezeigten Zelle werden die
Anoden 14' und
Kathoden 16 durch eine horizontale, elektrisch nicht leitende
Stange 19 auseinandergehalten, damit sie gleichzeitig eingesetzt und
entfernt werden können,
und damit die aktiven Anodenoberflächen 22 genau über den
Ablaufkathodenoberflächen 18 positioniert
werden können,
wodurch der Betrieb mit einer kleinen Zwischenelektrodenlücke 20 möglich ist.
Die in 8 gezeigte horizontale, elektrisch nicht leitende
Stange 19 ist an den Anodenstämmen 15 und Kathodenstämmen 17 befestigt
und befindet sich oberhalb des geschmolzenen Elektrolyten 12.
Die in 8 gezeigte horizontale, elektrisch nicht leitende
Stange 19 muss somit nicht beständig gegenüber dem geschmolzenen Elektrolyten 12 sein.
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Die
in 8 gezeigten Anoden 14' und Kathode 16 stehen
jeweils mit einem allgemein horizontalen Elektrolytdurchgang 26, 36 in
Verbindung, der mit einem allgemein vertikalen Elektrolytdurchgang 27, 37 zusammenwirkt,
wodurch Elektrolytrückkehrwege
wie oben für 7 beschrieben
definiert werden.
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Die
in 8 gezeigten Kathoden 16 sind ferner oberhalb
des Zellbodens 40 und des Produktaluminiums 10 beabstandet. Der
Raum zwischen jeder Kathode 16 und dem Zellboden 40 definiert
den allgemein horizontalen Durchgang 26 zur Rückkehr von aluminiumoxidreichem
geschmolzenen Elektrolyten 12 zu dem unteren Ende von Zwischenelektrodenlücke 20.
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Während des
Zellbetriebs ermöglicht
die Anoden-Kathoden-Anordnung 14', 16 eine
durch anodisch entwickelten Sauerstoff angetriebene Elektrolytzirkulation
wie oben beschrieben. In der Zelle von 8 entweicht
Sauerstoff, der sich an den aktiven Anodenoberflächen 22 durch Elektrolyse
von gelöstem
Aluminiumoxid in den Zwischenelektrodenlücken 20 entwickelt,
in Richtung der Oberfläche
des geschmolzenen Elektrolyten 12, wie durch Pfeile G gezeigt
ist. Das Entweichen von Sauerstoff von unterhalb der aktiven Anodenoberflächen 22 erzeugt
eine Elektrolytzirkulation, wie durch Pfeile E gezeigt ist, entlang
den Zwischenelektrodenlücken 20 und
den Elektrodenrückkehrwegen,
die vertikale und horizontale Durchgänge 27, 26, 37, 36 umfassen,
die mit Anoden 14' und
Kathoden 16 in Verbindung stehen.
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Der
Elektrolyt 12 zirkuliert in den geneigten Zwischenelektrodenlücken 20 aufwärts und
kehrt dann durch die Anoden 14' oder Kathoden 16' hindurch von
dem oberen Bereich der Zwischenelektrodenlücken 20 in den unteren
Bereich der Zwischenelektrodenlücken 20 wie
folgt zurück
ein Teil des Elektrolyten 12 kehrt durch Öffnungen 27' und entlang
der Durchgänge 27,
die sich vertikal durch die Kathoden 16 hindurch erstrecken,
und dann entlang der horizontalen Durchgänge 26 unter den Kathoden 16 zurück; ein
weiterer Teil des Elektrolyten 12 kehrt entlang der horizontalen
Durchgänge 36 oberhalb
der Anoden 14'' und danach
durch Öffnungen 37' hindurch und
entlang der vertikalen Durchgänge 37 zurück, die
sich durch die Anoden 14' hindurch
erstrecken.
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Obwohl
die Erfindung im Zusammenhang mit speziellen Ausführungsformen
derselben beschrieben worden ist, ist offensichtlich, dass sich
Alternativen, Modifikationen und Varianten Fachleuten von selbst
ergeben.