DE670658C

DE670658C - Power supply to the anode layer in three-layer aluminum refining ovens

Info

Publication number: DE670658C
Application number: DEA85198D
Authority: DE
Inventors: Dr Hans Hurter; Dr Alfred Von Zeerleder
Original assignee: Aluminium Industrie AG
Current assignee: Aluminium Industrie AG
Priority date: 1937-11-23
Filing date: 1937-12-16
Publication date: 1939-01-21
Also published as: CH201350A

Description

Stromzuführung zur Anodenschicht bei dreischichtigen Aluminiumraffinationsöfen Patentiert im Deutschen Reiche vom 16. Dezember 1937 ab Es sind mehrere Verfahren zur Reinigung von Aluminium bekannt, bei denen das Metall aus Hüttenaluminium, einer Legierung oder einer Mischung mit anderen Metallen elektrolytisch entfernt und kathodisch in reiner Form abgeschieden wind. Nach einem :dieser Verfahren wird mit drei übereinan:derliegenden Schichten gearbeitet, von denen das zu reinigende Aluminium die unterste Schicht als geschmolzene Anodenschicht bildet, während das gereinigte Aluminium die oberste Schicht als flüssige Kathodenschicht darstellt. Beide Schichten sind durch :den Elektrolyt voneinander getrennt. Das zu reinigende Aluminium, das z. B. gewöhnliches Hüttenaluminium oder eine Aluminiumlegierung sein kann, muß in diesem Fall mit einem Schwermetall, z. B. Kupfer, Nickel, Silber, oder einer :Mischung von Schwermetallen in einem solchen Verhältnis legiert sein, daß es schwerer ist als der Elektrolyt. Der Elektrolyt seinerseits muß schwerer sein als das die oberste Schicht bildende .gereinigte Aluminium; zu diesem Zwecke .enthält er geeignete Salze,- beispielsweise Bariumchlord oder Bariumfluorid (siehe z. B.: die deutsche Patentschrift 488 58:4). Dieses Verfahren ist in der Fachliteratur ausführlich beschrieben, so z. B. im Handbuch der Technischen Elektrochemie von Engelhardt, Bd. III, S. 378 bis 383 (»Die Raffination des Aluminiums, Das Hoopes-Verfahren«, von Professor Dr. von Zeerl.eder).Power supply to the anode layer in three-layer aluminum refining furnaces Patented in the German Empire on December 16, 1937. There are several processes known for cleaning aluminum, in which the metal made of primary aluminum, a Alloy or a mixture with other metals removed electrolytically and cathodically in pure form separated from the wind. According to one: this procedure is matched with three others Layers worked, of which the aluminum to be cleaned is the bottom layer forms as a molten anode layer, while the cleaned aluminum is the topmost Layer represents as a liquid cathode layer. Both layers are through: the Electrolyte separated from each other. The aluminum to be cleaned, the z. B. ordinary Primary aluminum or an aluminum alloy, in this case must be with a Heavy metal, e.g. B. copper, nickel, silver, or a mixture of heavy metals be alloyed in such a ratio that it is heavier than the electrolyte. The electrolyte itself must be heavier than that forming the top layer .purified aluminum; for this purpose it contains suitable salts, - for example Barium chloride or barium fluoride (see, for example, German patent specification 488 58: 4). This process is described in detail in the specialist literature, e.g. B. in the manual der Technischen Elektrochemie von Engelhardt, Vol. III, pp. 378 to 383 (»Die Raffination of aluminum, The Hoopes-Procedure «, by Professor Dr. by Zeerl.eder).

In älteren Zellen zur Reinigung von Aluminium nach dem Dreischichtenverfahren, das bei 95o bis rooo° C arbeitet, wurden die Wände mit Wasser gekühlt, ,damit sie sich finit einer erstarrten Elektrolytschicht bedeckten; diese schützte sie gegen den Angriff des flüssigen Elektrolyts. Eine solche Zelle ist beispielsweise im Schweizer Patent i o9 328 beschrieben. In neuerer Zeit hat man Elektrolyte gefunden, die das Arbeiten bei niedrigerer Temperatur, z. B. bei Soo° und darunter, .erlauben (so:lche Elektrolyte sind z. B. in den schweizerischen Patentschriften 172.a.30 und 188 371 beschrieben). Dies hat u. a: den Vorteil, daß die Wände der Zelle aus feuerfesten Steinen, wie z. B. Magnesitsteinen, bestehen können und nicht gekühlt zu werden brauchen, da der Elektrolyt bei der verhältnismäßig niedrigen Temperatur .diese feuerfesten Steine nicht angreift. Es ist einleuchtend, daß durch den Wegfall der Kühlung und die Anwendung niedrigerer Temperaturen der Wärmehaushalt gegenüber den früheren Ausführungsarten verbessert wird.In older cells for cleaning aluminum using the three-layer process, which works at 95o to rooo ° C, the walls were cooled with water so that they were covered with a finite solidified electrolyte layer; this protected them against attack by the liquid electrolyte. Such a cell is described, for example, in Swiss patent 109,328. More recently, electrolytes have been found that make working at a lower temperature, e.g. B. Allowed at Soo ° and below (see above: Some electrolytes are described, for example, in Swiss patents 172.a.30 and 188 371). This has, inter alia, the advantage that the walls of the cell are made of refractory bricks, such as e.g. B. magnesite bricks, can exist and do not need to be cooled because the electrolyte does not attack these refractory bricks at the relatively low temperature. It is evident that the elimination of cooling and the use of lower temperatures improves the heat balance compared to the previous designs.

Bei den üblichen Dreischichten-Aluminiumraffinationsöfen besteht der Boden der Zelle mindestens zum großen `Geil aus Kohlestampfmasse oder Graphitblöcken. Durch diese Kohle- bzw.. Graphitmasse wird der Ström der flüssigen Anodenschicht zugeführt. Die positiven Stromschienen bzw. metallischen Leiter führen den Strom ihrerseits von außen her in :die Kohle- bzw. Graphitmasse. Sind die Kontakte nicht gut, so hat man zwischen metallischer Stromzuführung und flüssiger Anodenschicht zwei Übergangswiderstände, die einen entsprechenden Teil der elektrischen Energie schon dort in Wärtne umwandeln statt erst im Elektrolyt. Diese Verlustquelle nimmt erfahrungsgemäß mit dem Alter der Öfen zu. Außerdem können bei zeitweiser Außerbetriebsetzung der Ofen Schwierigkeiten entstehen, insbesondere weil die metallischen Stromzuleitungen einen anderen Ausdehnungskoeffizient als die Kohle- bzw. Graphitmasse haben.With the usual three-layer aluminum refining furnaces, the Bottom of the cell at least to the large extent made of rammed coal or graphite blocks. The flow of the liquid anode layer is created through this carbon or graphite mass fed. The positive busbars or metallic conductors carry the current in turn from the outside in: the carbon or graphite mass. Are the contacts not well, you have between the metallic power supply and the liquid anode layer two contact resistances that represent a corresponding part of the electrical energy already there convert into wärtne instead of first in the electrolyte. This source of loss is increasing experience has shown that it increases with the age of the ovens. In addition, in the event of temporary shutdown Difficulties arise in the furnace, especially because of the metal power leads have a different coefficient of expansion than the carbon or graphite mass.

Nach vorliegender Erfindung wird der erwähnte Nachteil ausgeschaltet. Die Erfindung besteht darin, daß der elektrische Strom von :der metallischen Zuleitung .unmittelbar zur Anodenschicht geführt wird. Dies geschieht am zweckmäßigsten dadurch, :daß ein oder mehrere vorzugsweise lotrechte Kanäle in der Ofenwandung angeordnet sind, in deren eines Ende .das flüssige Anodenmetall einfließt, während die metallische Zuleitung am anderen Ende eingeführt ist. Es ist vorteilhaft, :dafür zu sorgen, :daß das Anodenmetall in den Stromzuführungskanälen zum Teil erstarrt, so daß die metallischen Zuleitungen an ihrem Ende in fester Anodenlegierung eingebettet und auf diese Weise innig mit dieser verbunden sind, ohne claß die- Gefahr- besteht, daß -sich das Metall der Zuleitung in der Anodenschicht allmählich auflöst. Man kann auch die als metallische Zuleitungen dienenden Stromschienen an ihrem Ende in einen Aluminium- oder Kupferblock einlassen und diesen mit der Anodenlegierung in Berührung bringen. In den Stromzuführungskanälen hat man beim Verfahren nach der Erfindung einen allmählichen Übergang vom flüssigen zum festen Metall.According to the present invention, the aforementioned disadvantage is eliminated. The invention consists in that the electrical current from: the metallic lead . is led directly to the anode layer. This is most expediently done by : that one or more preferably vertical channels are arranged in the furnace wall are, in one end .das the liquid anode metal flows in, while the metallic Lead is introduced at the other end. It is beneficial to: : that the anode metal in the power supply channels partially solidifies, so that the metallic leads embedded at their end in solid anode alloy and are intimately connected with it in this way, without the risk of that the metal of the lead gradually dissolves in the anode layer. Man can also have the busbars serving as metallic supply lines at their end in an aluminum or copper block and this with the anode alloy bring into contact. In the power supply ducts one has the method according to According to the invention, a gradual transition from liquid to solid metal.

Für die metallische Stromzuleitung kann z. B. Aluminium verwendet werden; sehr günstig ist auch eine kupferne Zuleitung.For the metallic power supply line can, for. B. aluminum is used will; A copper lead is also very cheap.

Zur vollen Ausnützung der Vorteile des neuen Verfahrens werden Zellenwände und -bögen zweckmäßig ganz aus feuerfesten Steinen, z. B. Magnesitsteinen, gebaut. Selbstverständlich müssen die Zellen so isoliert sein; -daß sie innen auf der nötigen Elektrolysiertemperatur gehalten werden können. Es empfiehlt sich auch, die Stromzuführungsschienen auf einer gewissen Länge, z. B. 5o cm .bis i m, thermisch zu isolieren.Cell walls are used to take full advantage of the advantages of the new process and arches expediently made entirely of refractory bricks, e.g. B. Magnesite bricks built. Of course, the cells must be so isolated; -that you need inside on the Electrolyzing temperature can be maintained. It is also advisable to use the power supply rails over a certain length, e.g. B. 5o cm. To i m, to be thermally insulated.

Der hauptsächlichste Vorteil der neuen Anordnung der Stromzuführung liegt darin, daß der Spannungsabfall zwischen anodischer Stromzuführung und Anodenschicht sehr konstant gehalten werden kann und weder durch eine etwaige vorübergehende Aüßerbetriebsetzung des Ofens noch durch eine lange Betriebsdauer geändert wird. Bei der üblichen Stromzuführung durch Einbetten von Eisenschienen u. dgl. in die bei den üblichen Öfen den Boden bildende Kohlenrasse .kann :durch vorübergehende Abkühlung des Ofens eine Lockerung zwischen Eisen und Kohle stattfinden, was :eine Erhöhung :des Spannungsabfalles zur Folge hat.The main advantage of the new arrangement of the power supply lies in the fact that the voltage drop between the anodic power supply and the anode layer can be kept very constant and neither by a possible temporary shutdown the furnace is still changed by a long period of operation. With the usual power supply by embedding iron rails and the like in the floor of the usual ovens Formative coal race .can: loosen it by temporarily cooling the furnace between iron and coal take place what: an increase: the voltage drop has the consequence.

Die Abbildung zeigt ein Ausführungsbeispiel, und zwar einenTeil einerDreischichten-Aluminiumraffinationszelle im Schnitt: Über der flüssigen Anodenlegierung i liegt die Elektrolytschicht 2 und darüber das abgeschiedene raffinierte Aluminium 3 (Kathodenschicht). Die Stromzuführung zur Kathodenschicht ist nicht abgebildet; sie kann beliebig ausgeführt sein. Wände und Böden des Elektrölysier raumes bestehen aus feuerfesten und gegen die drei Schichten widerstandsfähigen Steinen q., z. B. aus Magnesitsteinen. Die Ofenisolation 5 besteht beispielsweise .aus Schlackenwolle oder Diatomit. Seitlich in der Ofenwandung ist .ein Kanal 6 angeordnet, .der mit dem senkrechten Schacht 7 in Verbindung steht. Die Anodenlegierung i fließt in .den Kanal 6 hinein und steigt im Schacht 7 bis zu einer gewissen Hölle, die durch den Druck der drei Schichten i, 2 und 3 sowie durch den physikalischen Zustand der Anodenlegierung im Kanal und im Ofen bedingt ist. In den Kanal 7 ist von .oben der metallische positive Leiter 8 eingeführt. Er taucht in die itii Schacht befindliche erstarrte Anodenl.egiertiug ein; wie die gestrichelte Linie 9 -zeigt. Zwischen -dem Eingang zum Kanal 6 und der Eintauchstelle der Stromzuleitung weist .der Elektrolyt alle Zustände zwischen dem flüssigen und dem festen Zustand auf.The figure shows an embodiment, namely part of a three-layer aluminum refining cell in section: The electrolyte layer 2 and lies over the liquid anode alloy i above the deposited refined aluminum 3 (cathode layer). The power supply to the cathode layer is not shown; it can be designed in any way. walls and floors of the electro-lysing room consist of fireproof and anti-three layers resistant stones q., z. B. from magnesite bricks. The furnace insulation 5 consists for example. made of slag wool or diatomite. Is on the side in the furnace wall .A channel 6 is arranged, .which is connected to the vertical shaft 7. The anode alloy i flows into the channel 6 and rises in the shaft 7 to to some hell created by printing the three layers i, 2 and 3 as well due to the physical state of the anode alloy in the duct and in the furnace is. The metallic positive conductor 8 is inserted into the channel 7 from above. It dips into the solidified anode located in the itii shaft. as the dashed line 9 - shows. Between -the entrance to channel 6 and the immersion point of the power supply line .the electrolyte has all states between the liquid and the solid state.

Der Kanal 6 und der Schacht 7 sind im vorliegenden Falle mit Magnesitrohren ro ausgekleidet.The channel 6 and the shaft 7 are in the present case with magnesite tubes lined ro.

Der Schacht 7 ,kann selbstverständlich rauch schräg statt senkrecht angeordnet sein. Es ist auch möglich, den Kanal 6 waagerecht zum Ofen hinauszuführen, so daß der Schacht 7 ganz in Wegfall kommt.The shaft 7 can of course smoke at an angle instead of perpendicular be arranged. It is also possible to lead channel 6 horizontally out to the furnace, so that the shaft 7 is completely eliminated.

Schon bei den üblichen Öfen zur elektrolytischen Herstellung von Aluminium .hat man versucht, den Strom unmittelbar vom geschmolzenen, auf dem Boden sich sammelnden Kathodenmetall zu den metallischen Stromschienen abzuleiten. Diese Versuche haben nie zum gewünschten Ziel geführt. Jene Elektrolyseöfen mußten so gebaut sein, daß eine verhältnismäßig starke Kühlung stattfand. Infolge der dadurch bedingten starken Wärmeableitung war .ein gewisser Spannungsabfall am Boden der Zelle gerade erwünscht, da die sehr .hohe Elektrolysiertemperatur sonst nicht eingehalten werden konnte. Dazu reihten sich noch andere Nachteile ein, die z. B. dadurch verursacht wurden, daß die geschmolzene Kathodenschicht eine schwankende Höhe hatte, .die beim Abstechen bzw. Herausschöpfen des Metalles in kurzer Zeit abnahm. So konnten die Wärmeverhältnisse am Metallanschluß nicht genügend gleichmäßig aufrechterhalten werden, so daß Störungen entstanden.Even with the usual furnaces for the electrolytic production of aluminum Attempts have been made to draw the current directly from the melted one that collects on the ground Dissipate cathode metal to the metallic busbars. Have these attempts never led to the desired goal. Those electrolytic furnaces had to be built so that a relatively strong cooling took place. As a result of the resulting strong Heat dissipation was desirable. A certain voltage drop at the bottom of the cell, otherwise the very high electrolysis temperature could not be maintained. In addition, there were other disadvantages. B. caused by that the molten cathode layer had a fluctuating height, .that when tapping or scooping out the metal decreased in a short time. So could the heat conditions are not maintained uniformly enough at the metal connection, so that interference developed.

Es kommt noch ein sehr wichtiger Unterschied hinzu. Beim Dreischichten-Raffinationsofen hat die untere Schicht, die Anodenschicht, normalerweise eine bedeutende Höhe, z. B. 16 bis 22 cm. Es folgt daraus, daß der Elektrolyt, .der sich .darüber befindet und .die mittlere .Schicht bildet, vom unteren Ende des Stromzuführungskanals ferngehalten wird und nicht in diesen gelangen kann, da die untere Schicht beim Ausschöpfen des Elektrolyseerzeugnisses, d. h. des als oberste Schicht abgeschiedenen Aluminiums, in ihrer Höhe nicht abnimmt. Bei den Aluminiumerzeugungsöfen dagegen ist es die untere Schicht, die aus dem abgeschiedenen Aluminium besteht. Diese Schicht hat eine geringere Höhe, z. B. 5 bis 8 cm, so @daß der Elektrolyt nicht weit vom Eingang des vor Jahren vorgeschlagenen Stromableitungskanals gehalten wird. Darüber hinaus nimmt die Höhe .dieser unteren Schicht beim Abstechen oder Ausschöpfen des Aluminiums ab, und es ist dabei kaum zu vermeiden, daß Elektrolyt in den Stromableitungskanal gelangt und unliebsame Betriebsstörungen hervorruft. Es ist also nicht die Tatsache allein, daß bei den früheren Vorschlägen für metallischen Stromanschluß es sich um eine kathodische Stromableitung handelte, während erfindungsgemäß der Metallanschluß für die Stromzuführung zum Anodenmetall ausgeführt wird, -die den Gegenstand der Erfindung von den erwähnten früheren Vorschlägen unterscheidet, sondern u. a. auch das Verhalten der unteren Metallschicht beim Herausnehmen des abgeschiedenen Metalles.There is another very important difference. With the three-layer refining furnace the lower layer, the anode layer, usually has a significant height, e.g. B. 16 to 22 cm. It follows that the electrolyte .which is .above it and .the middle .Schicht forms, kept away from the lower end of the power supply channel and cannot get into it, as the lower layer when the Electrolysis product, d. H. the aluminum deposited as the top layer, does not decrease in height. In the case of aluminum production furnaces, on the other hand, this is the case lower layer, which consists of the deposited aluminum. This layer has a lower height, e.g. B. 5 to 8 cm, so @ that the electrolyte is not far from the entrance of the current drainage channel proposed years ago. Furthermore increases the height of this lower layer when the aluminum is parted or scooped out from, and it can hardly be avoided that electrolyte in the current discharge channel and causes unpleasant malfunctions. So it's not the fact only that with the earlier proposals for metallic power connection it is was a cathodic current discharge, while according to the invention the metal connection for the power supply to the anode metal, -which is the subject of the Invention differs from the earlier proposals mentioned, but inter alia. even the behavior of the lower metal layer when removing the deposited metal.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Power supply to the anode layer in the case of three-layer Aluminum refining furnaces that work at a temperature below 900 °, .thereby characterized in that the electrical current from the metallic lead directly is led to the anode layer. a. Power supply according to claim i, characterized in that that the metallic supply line is immersed in solidified anode alloy. 3. Power supply according to claim i or 2, characterized in that at least one channel in the Furnace wall is arranged, into which the liquid anode metal flows at one end, while the metallic lead is inserted at the other end. q .. power supply according to claim 3, characterized in that the power supply duct is in a shaft opens into the -the metallic supply line is introduced.