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Feld der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Zelle für
die Elektrogewinnung von Aluminium aus Aluminiumoxid, das in einem
Fluorid enthaltenden geschmolzenen Elektrolyten gelöst ist,
wobei die Zelle eine aluminiumbenetzbare Kathodenabflussoberfläche und
ein Aluminiumreservoir aufweist, und ein Verfahren zur Herstellung
von Aluminium in einer solchen Aluminium-Elektrogewinnungszelle.
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Technischer
Hintergrund
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Die
Technologie für
die Produktion von Aluminium durch Elektrolyse von Aluminiumoxid,
das in geschmolzenem Kryolith gelöst ist, bei Temperaturen um
950°C ist
mehr als 100 Jahre alt und verwendet immer noch Kohlenstoffanoden
und -kathoden.
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Erst
in jüngerer
Zeit ist es möglich
geworden, Kohlenstoffkathoden mit einer Aufschlämmung zu beschichten, die an
dem Kohlenstoff haftet und aluminiumbenetzbar wird, wie in US-Patent
5 316 718 (Sekhar/de Nora) und US-Patent 5 651 874 (de Nora/Sekhar)
beschrieben.
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US-Patent
5 683 559 (de Nora) schlug eine neue Kathodenabflussgestaltung für Aluminium
produzierende Zellen vor, bei denen Kanäle oder Vertiefungen in die
Oberfläche
von Blöcken
eingearbeitet waren, die die Kathodenoberfläche bilden, um das abfließende Aluminiumprodukt
zu kanalisieren. Eine spezifische Ausführungsform schafft eine verbesserte
Anoden- und Kathodenabflussgeometrie, bei der Aluminium zwischen
V-förmigen
Anoden und Kathoden produziert wird und in vertieften Kanälen gesammelt
wird.
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WO
98/53120 (Berclaz/de Nora) beschreibt eine Aluminiumproduktionszelle,
die mit einer Kathodenmasse versehen ist, die von einer Kathodenschale
oder -platte getragen wird, wobei die Kathodenmasse eine horizontale
Kathodenabflussoberfläche und
einen mittleren Kanal hat, der entlang der Zelle verläuft, um
geschmolzenes Aluminium abfließen
zu lassen.
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WO
00/63463 (de Nora) beschreibt eine Aluminiumproduktionszelle, bei
der der Kathodenabflussboden in vier Kathodenabflussabschnitte durch einen
in Längsrichtung
verlaufenden mittleren Aluminiumabflusskanal und ein mittleres Aluminiumsammelreservoir
unterteilt wird, das in der Mitte quer zur Zelle auf einem Abstandshalterkörper verläuft, der zwischen
und parallel zu Kathodenblöcken
angeordnet ist, die quer zur Zelle platziert sind.
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Zuvor
ist vorgeschlagen worden, das Kohlenstoffmaterial der Kathoden von
Aluminiumproduktionszellen durch Keramikmaterial zu ersetzen. Z.B. offenbart
US-Patent 4,560,448 (Sane/Wheeler/Kuivila) eine poröse Komponente,
die aus aluminiumabweisendem Material hergestellt ist und mit einer
aluminiumbenetzbaren Mettalboridbeschichtung bedeckt ist, die während des
Betriebs intakt gehalten wird, indem das in die poröse Komponente
eindringende geschmolzene Aluminium mit Beschichtungskonstituenten
gesättigt
ist. US-Patent 4,650,552 (de Nora/Gauger/Fresnel/Adorian/Duruz)
offenbart eine Komponente einer Aluminiumproduktionszelle, die aus
einem Pulvergemisch aus Aluminiumoxid und Aluminium hergestellt
ist. US-Patent 4,600,481 (Sane/Wheeler/Gagescu/Debely/Adorian/Derivaz)
offenbart eine Komponente einer Aluminiumproduktionszelle, die aus
einer offen porösen
Matrix hergestellt ist, z.B. einer Aluminiumoxidmatrix, die mit
geschmolzenem Aluminium gefüllt
ist. Die poröse
Matrix kann eine aluminiumbenetzbare Beschichtung aufweisen, die
aus einem Borid oder Nickel hergestellt ist.
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Die
Infiltration der Matrix mit Aluminium wird bei einer Temperatur
von 1000°C
bis 1500°C
ausgeführt.
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Aufgaben der
Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Zellenboden und eine Aluminium-Elektrogewinnungszelle
zu schaffen, insbesondere mit Sauerstoff entwickelnden Anoden, die
einen aluminiumbenetzbaren Kathodenabflussboden und ein Aluminiumsammelreservoir
hat, aus dem das geschmolzene Aluminium abgezapft werden kann.
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Eine
andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Aluminium-Elektrogewinnungszelle
zu schaffen, die einen Zellenboden mit einer Aluminiumsammelvertiefung
und eine aluminiumbenetzbare Kathodenoberfläche mit großer Oberfläche hat.
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Eine
Hauptaufgabe der Erfindung besteht darin, eine Aluminium-Elektrogewinnungszelle
zu schaffen, die einen Zellenboden mit einer Abflusskathode und
einer Aluminiumsammelvertiefung hat, wobei die Aluminiumproduktionsausbeute
relativ zur Oberfläche
des Zellenbodens maximiert ist.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Aluminium-Elektrogewinnungszelle
zu schaffen, die ein Aluminiumsammelreservoir hat, aus dem das geschmolzene
Aluminium abgezapft werden kann, ohne dass das Risiko besteht, dass
Aluminium in dem Reservoir gefriert, und das leicht in vorhandenen
Zellen nachgerüstet
werden kann.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Erfindung schafft eine Zelle für
die Elektrogewinnung von Aluminium aus Aluminiumoxid, insbesondere
aus Aluminiumoxid, das in einem Fluorid enthaltenden geschmolzenen
Elektrolyten gelöst ist.
Die Zelle hat einen Zellenboden, der aufweist: eine Kathode, insbesondere
eine Reihe von Kohlenstoffkathodenblöcken, die eine aluminiumbenetzbare obere
Oberfläche
hat, aluminiumbenetzbare, offen poröse Platten, die auf der oberen
Oberfläche
der Kathode platziert sind und die während des Betriebs und vorzugsweise
auch vor dem Betrieb mit geschmolzenem Aluminium gefüllt werden,
um eine aluminiumbenetzte, aktive Kathodenabflussoberfläche oberhalb
der oberen Oberfläche
der Kathode zu schaffen, und eine Vertiefung, die auf einer niedrigeren
Höhe als
die obere Oberfläche
der Kathode liegt und die während
des Betriebs geschmolzenes Aluminium sammelt, das von der aluminiumbenetzbaren, aktiven
Kathodenabflussoberfläche
abfließt.
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Gemäß der Erfindung
reichen die offen porösen
Platten auf der Oberfläche
der Kathode wenigstens über
einen Teil der Vertiefung, so dass dieser Teil der aluminiumbenetzbaren
aktiven Kathodenabflussoberfläche
oberhalb wenigstens eines Teils der Vertiefung liegt.
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Während des
Betriebs werden die offen porösen,
aluminiumbenetzbaren Platten mit Aluminium gefüllt und ein unterer Teil der
Platten wird gewöhnlich
durch geschmolzenes Aluminium benetzt, was auch die aluminiumbenetzbare
Oberfläche
der Kathode benetzt. Das Aluminium in den offen porösen Platten
stellt optimale elektrische Leitfähigkeit von der Kathode zu
der gesamten aluminiumbenetzbaren aktiven Kathodenoberfläche auf
den offen porösen Platten
sicher, auch dorthin, wo die Platten oberhalb der Aluminiumsammelvertiefung
verlaufen.
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Die
offen porösen
Platten, die sich über
wenigstens einen Teil der Aluminiumsammelvertiefung erstrecken,
bedecken vorzugsweise einen erheblichen Teil der Vertiefung, um
die Oberfläche
der aluminiumbenetzbaren aktiven Kathodenoberfläche zu maximieren. Z.B. können die
Platten nur eine schmale vertikale Öffnung oberhalb der Vertiefung
lassen, die ausreichend ist, um Produktaluminium von der aluminiumbenetzbaren
aktiven Kathodenoberfläche durch
die Öffnung
in die Aluminiumsammelvertiefung abfließen zu lassen. Z.B. kann die Öffnung eine
Lücke sein,
die typischerweise zwischen einem oder mehreren Paaren von über und
quer zu der Vertiefung gelegten Platten liegt, vorzugsweise mit
einer Breite von einigen oder wenigen Zentimetern. Üblicherweise
wird ein Zugang zu der Aluminiumsammelvertiefung für das Abzapfen
des geschmolzenen Aluminiums gelassen. Ein solcher Zugang kann bereitgestellt
werden, indem offen poröse
Platten an der Abzapfstelle platziert werden, die nicht über die
Aluminiumsammelvertiefung reichen, oder indem ein Loch mit ausreichender
Größe vorgesehen
wird, z.B. von etwa 20 bis 40 cm Durchmesser, in oder zwischen offen
porösen
Platten, die die Aluminiumsammelvertiefung an der Abzapfstelle bedecken.
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Die
aluminiumbenetzbaren, offen porösen Platten
sind vorzugsweise aus Materialien auf Keramikbasis hergestellt,
die widerstandsfähig
und inert gegenüber
geschmolzenem Aluminium sind. Das inerte und widerstandsfähige Keramikmaterial
kann wenigstens ein Oxid, ausgewählt
aus den Oxiden von Aluminium, Zirkonium, Tantal, Titan, Silicium,
Niob, Magnesium und Calcium und Gemischen davon aufweisen, als ein
einfaches Oxid und/oder als Mischoxid, z.B. ein Zinkaluminat (ZnAlO4) oder Titanaluminat (TiAlO5).
Andere geeignete inerte und widerstandsfähige Keramikmaterialien können aus
den Nitriden, Carbiden und Boriden und Oxyverbindungen davon ausgewählt werden,
wie etwa Aluminiumnitrid, AlON, SiAlON, Bornitrid, Siliciumnitrid,
Siliciumcarbid, Aluminiumborid, Erdalkalimetall-Zirkonate und -Aluminate
und deren Gemische.
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Vorzugsweise
enthalten die aluminiumbenetzbaren offen porösen Platten ein Aluminiumbenetzungsmittel.
Geeignete Benetzungsmittel umfassen Metalloxide, die mit geschmolzenem
Alumi nium reaktionsfähig
sind, um eine Oberflächenschicht
zu bilden, die Aluminiumoxid, Aluminium und Metall enthält, das
aus dem Metalloxid und/oder teilsweise oxidiertem Metall abgeleitet
ist, wie etwa Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Molybden,
Lanthan oder andere Seltenerdmetalle oder Kombinationen daraus.
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Geeignete
Materialien zur Herstellung der offen porösen Platten sind in US-Patent
4,600,481 (Sane/Wheeler/Gagescu /Debely/Adorian/Derivaz) und PCT/IB02/00668
(de Nora) beschrieben.
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Die
Kathode kann aus Kohlenstoffkathodenblöcken aufgebaut werden, die
in Paaren quer zum Zellenboden, Ende-an-Ende oder in Abstand zueinander
angeordnet sind. Alternativ kann die Kathode aus Kohlenstoffkathodenblöcken aufgebaut
werden, wobei sich jeder Kathodenblock quer im Wesentlichen über den
ganzen Zellenboden erstreckt.
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Die
Kathode kann aus Graphit oder anderem kohlenstoffhaltigen Material
hergestellt sein.
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Die
Kathode kann mit einer Schicht aus aluminiumbenetzbarem Material
bedeckt sein, die die aluminiumbenetzbare obere Kathodenoberfläche bildet.
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Geeignete
aluminiumbenetzbare Schichten und kohlenstoffhaltige Materialien
der Kathode sind in US-Patent 5,651,874 (de Nora/Sekhar) und in
den PCT-Anmeldungen WO 98/17842 (Sekhar/Duruz/liu), WO 01/42168
(de Nora/Duruz) und WO 01/42536 (Nguyen/Duruz/de Nora) beschrieben.
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In
einer Ausführungsform
ist wenigstens ein Teil der Aluminiumsammelvertiefung in einem Reservoirkörper gebildet,
der angrenzend an die Kathode liegt. Dieser Körper kann Anthrazit oder ein
anderes kohlenstoffhaltiges Material aufweisen. Beispielsweise liegt
der Reservoirkörper
zwischen den Blöcken von
wenigstens einem Paar von Kohlenstoffkathodenblöcken und hält diese quer zum Zellenboden
auf Abstand. Die Aluminiumsammelvertiefung kann allgemein U-förmig sein.
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Die
Zelle kann eine Reihe von Sauerstoff entwickelnden Anoden aufweisen,
die der Kathode zugewandt sind. Geeignete Sauerstoff entwickelnde Anoden
auf Metallbasis sind beschrieben in WO 00/06802, WO 00/06803 (beide
im Namen von Duruz/de Nora/Crottaz), WO 00706804 (Crottaz/Duruz), WO
01/42535 (Duruz/de Nora), WO 01/42534 (de Nora/Duruz) und WO 01/42536
(Duruz/Nguyen/de Nora). Weitere Sauerstoff entwickelnde Anodenmaterialien
sind beschrieben in WO 99/36593, WO 99/36594, WO 00/06801, WO 00/06805,
WO 00/40783 (alle im Namen von de Nora/Duruz), WO 00/06800 (Duruz/de
Nora), WO 99/36591 und WO 99/26592 (beide im Namen von de Nora).
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Sauerstoff
entwickelnde Anoden können
mit einer Schutzschicht bedeckt sein, die aus einer oder mehreren
Cerverbindungen gebildet ist, insbesondere aus Ceroxyfluorid, wie
in US-Patenten 4,614,569 (Duruz/Derivaz/Debely/Adorian), 4,680,094
(Duruz), 4,683,037 (Duruz) und 4,966,674 (Bannochie/Sheriff) beschrieben.
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Ein
anderer Aspekt der Erfindung betrifft einen Boden einer Zelle für die Elektrogewinnung
von Aluminium aus Aluminiumoxid. Dieser Zellenboden umfasst eine
Kathode, insbesondere eine Reihe von Kohlenstoffkathodenblöcken, die
eine aluminiumbenetzbare Oberfläche
hat, aluminiumbenetzbare, offen poröse Platten, die auf der oberen
Oberfläche
der Kathode platziert sind, und eine Vertiefung, die auf einer Höhe unterhalb
der oberen Oberfläche
der Kathode verläuft.
Die offen porösen
Platten, die die obere Oberfläche
der Kathode bedecken, er strecken sich über wenigstens einen Teil der
Aluminiumsammelvertiefung.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Zelle für die Elektrogewinnung
von Aluminium, die einen Boden wie oben beschrieben aufweist. In einer
solchen Zelle sind die aluminiumbenetzbaren, offen porösen Platten
mit geschmolzenem Aluminium gefüllt,
um eine aluminiumbenetzte, aktive Kathodenabflussoberfläche oberhalb
der oberen Oberfläche der
Kathode zu bilden.
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Noch
ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Produzieren
von Aluminium in einer Zelle wie oben beschrieben. Dieses Verfahren umfasst
das Einleiten von Elektrolysestrom zwischen den Anoden und der aluminiumbenetzten,
aktiven Kathodenoberfläche
in einen Elektrolyten, der gelöstes
Aluminiumoxid enthält,
um an den Anoden Gas zu entwickeln und auf der aktiven Kathodenabflussoberfläche Aluminium
zu produzieren. Das produzierte Aluminium fließt von der aktiven Kathodenabflussoberfläche über die
offen porösen
Platten, die sich über
wenigstens einen Teil der Vertiefung erstrecken, in die Aluminiumsammelvertiefung
ab.
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Wie
oben erwähnt,
kann die Zelle an den Anoden Sauerstoff entwickeln. Die Anoden können mit einer
Schutzschicht beschichtet sein, wie etwa einer Schicht, die aus
einer oder mehreren Cerverbindungen hergestellt ist, insbesondere
Ceroxyfluorid, wobei in diesem Fall die Schutzschicht intakt erhalten werden
kann, indem eine Menge von Cer-Spezies in dem Elektrolyten gehalten
wird, wie in den oben erwähnten
US-Patenten 4,614,569,
4,680,094, 4,683,037 und 4,966,674 beschrieben. Ferner kann die
Zelle mit einem Elektrolyten bei reduzierter Temperatur, z.B. 880° bis 930° oder sogar
940°C, betrieben
werden, um die Lösung
der metallbasierten Anoden zu reduzieren.
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Während es
bevorzugt ist, nicht kohlenstoffhaltige Anoden zu verwenden, um
während
des Betriebs wie oben erwähnt
Sauerstoff zu entwickeln, ist es auch möglich, Kohlenstoffanoden zu
verwenden, auf denen während
des Betriebs Kohlendioxid erzeugt wird.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die zugehörige schematische Zeichnung
beschrieben, wobei 1 eine Kathodenabflusszelle
mit einem Aluminiumsammelreservoir gemäß der Erfindung illustriert.
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Detaillierte
Beschreibung
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Die
in 1 gezeigte Zelle umfasst mehrere Sauerstoff entwickelnde
Anoden, die in einen geschmolzenen Elektrolyten 5 eintauchen
und einem Zellenboden zugewandt sind. Der Zellenboden umfasst eine
Reihe von Paaren von beabstandeten Kohlenstoffkathodenblöcken 25,
die quer zur Zelle platziert sind und eine aluminiumbenetzbare obere
Oberfläche 22 haben,
welche durch eine aluminiumbenetzbare Schicht gebildet wird. Die
oberen Oberflächen 22 sind
mit aluminiumbenetzbaren, offen porösen Platten 21 bedeckt,
die mit geschmolzenem Aluminium gefüllt sind, um eine aluminiumbenetzte,
aktive Kathodenabflussoberfläche 20 über den
oberen Oberflächen 22 der
Kohlenstoffkathodenblöcke 25 zu bilden.
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Die
Kathodenblöcke 25 sind
aus Graphit hergestellt und haben eine reduzierte Höhe, z.B.
30 cm, und sind mit einer aluminiumbenetzbaren Schicht beschichtet,
die die obere Oberfläche 22 bildet
und den Graphit vor Abtragung und Abnutzung schützt. Geeignete aluminiumbenetzbare
Schichten sind in den oben er wähnten
US-Patent 5,651,874, WO 98/17842, WO 01/42168 und WO 01/42531 beschrieben.
Die aluminiumbenetzbaren, offen porösen Platten 21, die
die beschichteten Kathodenblöcke 25 bedecken,
können
aus dem in PCT/IB02/00668 (de Nora) beschriebenen Material hergestellt
werden.
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Der
Zellenboden hat weiter eine mittig angeordnete Vertiefung 35,
die auf einer Höhe
unterhalb der oberen Oberfläche 22 der
Kohlenstoffkathodenblöcke 25 verläuft und
die in Betrieb geschmolzenes Aluminium 60 sammelt, das
von der aluminiumbenetzbaren, aktiven Kathodenabflussoberfläche 20 abfließt.
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Die
Aluminiumsammelvertiefung 35 ist in einem Reservoirkörper 30 gebildet,
der zwischen die Blöcke 25 jedes
Paars von Kathodenblöcken
gesetzt ist und diese quer zur Zelle auf Abstand zueinander hält. Wie
in 1 gezeigt, ist die in dem Reservoirkörper 30 gebildete
Vertiefung 35 allgemein U-förmig mit
abgerundeten unteren Ecken und einem nach außen gekrümmten oberen Teil.
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Der
Reservoirkörper 30 ist
aus zwei im Allgemeinen L-förmigen Abschnitten 31 hergestellt,
die quer zur Zelle zusammengesetzt sind. Die Reservoirabschnitte 31 sind
aus einem Material auf Anthrazitbasis hergestellt. Die aluminiumbenetzbare
Schicht 22, die die obere Oberfläche 22 bildet, erstreckt
sich in die Vertiefung 35, um den Reservoirkörper 30 während des
Betriebes vor Abnutzung und Natriumablagerung zu schützen.
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Wie
in 1 gezeigt verläuft
der Reservoirkörper 30 unter
den Kathodenblöcken 25 in
das hitzebeständige
und isolierende Material 26 des Zellenbodens hinein, um
eine Maximierung der Aufnahmefähigkeit
der Aluminiumsammelvertiefung 35 zu ermöglichen.
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Ferner
hat der Reservoirkörper 30 einen
festen Boden 32, der von oberhalb bis unterhalb der Bodenfläche der
Kathodenblöcke 25 reicht
und einen ausreichenden mechanischen Widerstand bietet, um die Blöcke 25 quer
zur Zelle richtig auf Abstand zu halten, wenn sie während des
Anlaufens der Zelle thermischer Expansion ausgesetzt sind und während des
normalen Betriebes. Wie mit gestrichelten Linien in dem oberen Teil
des Reservoirkörpers 30 gezeigt, können in
Längsrichtung
auf Abstand zueinander liegende Abstandshaltestangen 33 quer über den
Reservoirkörper 30 eingebaut
sein und dem Reservoirkörper 30 zusätzliche
mechanische Festigkeit geben. Solche Abstandshaltestangen 33 können aus
Kohlenstoffmaterial hergestellt sein, das mit einer aluminiumbenetzbaren
Schutzschicht beschichtet ist.
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Gemäß der Erfindung
erstrecken die offen porösen
Platten 21 auf Keramikbasis, die auf die oberen Oberflächen 22 der
Kathodenblöcke 25 gelegt sind
und sich im zentralen Gebiet des Zellenbodens befinden, sich über einen
Teil der Aluminiumsammelvertiefung 35, so dass sich im
Betrieb die überstehenden
Teile der aluminiumbenetzbaren aktiven Kathodenabflussoberflächen 20 oberhalb
der Aluminiumsammelvertiefung 35 befinden.
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Die
offen porösen
Platten 21 liegen über
der Aluminiumsammelvertiefung 35 auf Abstand zueinander,
um einen Zugang für
das Abzapfen von geschmolzenem Aluminium durch ein herkömmliches Abzapfrohr
zu lassen. Der Abstand zwischen den offen porösen Platten 21 über der
Aluminiumsammelvertiefung 35 kann entlang der übrigen Teile
der Vertiefung 35 viel kleiner sein, wodurch die Oberfläche der
aktiven Kathodenflächen 20 maximiert
wird.
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Die
in 1 gezeigte Zelle umfasst eine Reihe von Eckstücken 41,
die aus dem offen porösen Material
der Platten 21 hergestellt sind und mit Aluminium gefüllt sind
und am Rand des Zellenbodens gegen die Seitenwände 40 gestellt sind.
Die Seitenwände 40 und
die Oberfläche
des Elektrolyten 5 sind mit einer Seitenablagerung und
einer kleinen Kruste aus gefrorenem Elektrolyten 6 bedeckt.
Die Zelle ist mit einem isolierenden Deckel 45 über der
Elektrolytkruste 6 ausgestattet. Weitere Details geeigneter
Deckel sind in WO 99/02763 (de Nora/Sekhar), WO 01/31086 (de Nora/Duruz)
und PCT/IB02/00669 (de Nora/Berclaz) beschrieben.
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Die
Zelle ist auch mit Lüftungsrohren
(nicht gezeigt) versehen, die durch den Deckel 45 verlaufen,
um während
der Elektrolyse erzeugte Gase abzulassen.
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Die
Zelle umfasst Aluminiumoxid-Einspeiseeinrichtungen 15 mit
Einspeiserohren 16, die durch den isolierenden Deckel 45 zwischen
den Anoden 10 verlaufen. Den Aluminiumoxid-Einspeiseeinrichtungen 15 ist
ein Krustenbrecher (nicht gezeigt) zugeordnet, um die Kruste 6,
die unter dem Einspeiserohr 16 liegt, vor dem Einspeisen
aufzubrechen.
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In
einer Abwandlung kann das isolierende Material der Seitenwände 40 und
des Deckels 45 ausreichend sein, um die Bildung von jeglicher
Seitenablagerung oder Kruste aus gefrorenem Elektrolyten zu verhindern.
In einem solchen Fall sind die Seitenwände 40 vorzugsweise
durch eine Verkleidung mit dem oben erwähnten offen porösen aluminiumgefüllten Material
von dem geschmolzenen Elektrolyten 5 abgeschirmt.
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Die
Anoden 10 sind vorzugsweise aus einem gegen den Elektrolyten
widerstandsfähigen,
inerten Material auf Metallbasis hergestellt. Geeignete Anodenmaterialien
auf Metallbasis enthalten Eisenlegierungen, die Nickel und/oder
Kobalt aufweisen, die in einer oxidierenden Atmosphäre wärmebehandelt sein
können.
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Geeignete
Anodenkonstruktionen, die einen optimalen Zellenbetrieb erlauben,
sind in WO 00/40781 und WO 00/40782 (beide im Namen von de Nora)
beschrieben.
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Die
Lebensdauer der Anode kann durch eine Schutzbeschichtung erhöht werden,
die aus Cerverbindungen hergestellt ist, insbesondere aus Ceroxyfluorid.
Solche Beschichtungen und der damit verbundene Zellenbetrieb sind
in den oben erwähnten US-Patenten
4 614 569, 4 680 094, 4 683 037 und 4 966 674 beschrieben.
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Um
die Lösung
der Anoden 10 in den Elektrolyten zu reduzieren, kann die
Zelle mit einem Elektrolyten 5 bei reduzierter Temperatur
betrieben werden, typischerweise von etwa 850°C bis 940°C, vorzugsweise von 880°C bis 930°C. Der Betrieb
mit einem Elektrolyten bei reduzierter Temperatur reduziert die
Löslichkeit
von Oxiden, insbesondere von Aluminiumoxid. Aus diesem Grund ist
es vorteilhaft, die Aluminiumoxidlösung in dem Elektrolyten 5 zu fördern.
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Eine
verstärkte
Aluminiumoxidlösung
kann erreicht werden, indem eine Aluminiumoxid-Einspeiseeinrichtung
verwendet wird, die Aluminiumoxidteilchen über ein großes Gebiet der Oberfläche des
geschmolzenen Elektrolyten 5 versprüht und verteilt. Geeignete
Aluminiumoxid-Einspeiseeinrichtungen sind detaillierter in WO 00/63464
(de Nora/Berclaz) beschrieben. Weiterhin kann die Zelle Mittel (nicht gezeigt)
aufweisen, um die Zirkulation des Elektrolyten 5 aus und
zu dem Anoden-Kathoden-Zwischenraum
zu verstärken,
um die Aluminiumoxidlösung
in dem Elektrolyten 5 zu unterstützen und permanent eine hohe
Konzentration von gelöstem
Aluminiumoxid in der Nähe
der aktiven Oberflächen
der Anoden 10 aufrecht zu erhalten, wie z.B. in WI 00/40781
(de Nora) beschrieben.
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Während des
Betriebs der in 1 gezeigten Zelle wird in dem
Elektrolyten 5 gelöstes
Aluminiumoxid elektrolysiert, um an den Anoden 10 Sauerstoff
und auf den Kathodenabflussoberflächen 20 Aluminium 60 zu
erzeugen. Das Produktaluminium 60 läuft von den Kathodenoberflächen 20 in
das Reservoir 30 ab, von wo es abgezapft werden kann.
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Daher
wird Aluminium auf der aktiven Kathodenabflussoberfläche 20 produziert,
die nicht nur die Kathodenblöcke 25,
sondern auch einen Teil des Reservoirs 30 bedeckt, wodurch
die nutzbare Aluminiumproduktionsfläche (d.h. die Kathodenabflussoberfläche 22)
der Zelle maximiert wird.