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Kohlenanode Die Erfindung betrifft eine zusammengesetzte Kohlenanode,
insbesondere für die Schmelzflußelektrolyse von Aluminium.
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Bei der Schmelzflußelektrolyse von Aluminium besteht bekanntlich die
an dem Pluspol der Stromquelle angeschlossene Elektrode im wesentlichen aus Kohlenstoff,
der durch .den bei der Elektrolyse der Tonerde frei werdenden Sauerstoff verbrennt.
Mit Rücksicht auf die gewünschte hohe 'Reinheit des zu gewinnenden metallischen
Aluminiums soll die Anode möglichst wenige Verunreinigungen enthalten; der Kohlenstoff
darf also nur sehr geringen. Aschengehalt aufweisen.
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Der Tatsache, daß die Anode während des Betriebes verbraucht wird,
steht der Wunsch nach einer stetigen Reduktion, d. h. nach einem stetigen Betrieb
der Elektrolysezelle, entgegen. Es sind deshalb schon verschiedene Anoden für den
stetigen Betrieb vorgeschlagen worden. Eine bekannte Anode (Söderberg-Anode) ist
aus einer grünen, in der Zelle selbst brennenden Masse aus Pechkoks und Weichpech
gebildet. Diese für den stetigen Betrieb brauchbare Anode besitzt gegenüber den
aus Kohlenblöcken bestehenden Anoden noch den Vorteil, daß keine Anodenreste und
-abfälle entstehen. Anderseits ist es aber mit derartigen Anoden sehr schwierig,
einen gleichmäßigen Betrieb der Zelle zu erzielen., da dieser in hohem Maße von
der Zusammensetzung und der Beschaffenheit der Kohlenmasse der Anode abhängig ist,
die Eigenschaften der Bestandteile aber, aus denen @die Masse zusammengesetzt ist,
von Lieferung zu Lieferung beträchtlich schwanken. Dieser Nachteil ist kaum zu beheben,
da die--Eigenschaften der Masse, auf die es im Betrieb an kommt, schwer feststellbar
sind, denn sie wirken sich auf die Leitfähigkeit und Druckfestigkeit erst im gebrannten
Zustande der Masse aus, und dieser wird erst im Betriebe
erreicht.
Werden dagegen Anoden verwendet, die vor dem Einbau fertiggebrannt wurden, dann
kann man die Eigenschaften vorher überprüfen und schlechte Anodenstücke ausscheiden.
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Deshalb ist :auch versucht worden, stetig arbeitende Anoden aus fertiggebrannten
Kohlenblöcken herzustellen, doch sind diese Versuche daran gescheitert, daß man
zwischen den .einzelnen Stößen der Anode keine Verbindung schaffen konnte, die eine
hohe Leitfähigkeit aufweist und einen gleichmäßigen Abbrand auch an der Stoßstelle
gewährleistet. Man hat z. B. die Verbindung durch Haltenippel aus Kunstkohle oder
anderen Stoffen herzustellen versucht, doch führt dies zu einer Unterbrechung des
Kohlengefüges und damit leicht zur Rißbildung und zum Abfallen von Anodenteilen.
Auch der Versuch, die Kohl@enblöche zusammenzukitten, ist gescheitert, weil man
keinen Kitt von entsprechenden chemischen und physikalischen Eigenschaften gefunden
hat.
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Gemäß der Erfindung wird nun der Betrieb der Elektrolysezelle ebenfalls
durch eine zusammengesetzte Kohlenanode.ermöglicht, doch werden die eben genannten
Nachteile vermieden, und zwar geschieht dies dadurch, daß die Anode aus zusammengepreßten
Paaren von in einer senkrechten Längse`oene zusammenstoßenden Blöcken besteht, die
an ihrer Ober-und Unterseite mit einem gemeinsamen, über die ganze Länge der Blöcke
verlaufenden Schwalbenschiv:anzvorsprung bzw. einer entsprechenden Ausnehmung versehen
sind.
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Nun ist aber eine aus einer Vielzahl von Kohlensektoren zusammengesetzte
Rundelektrode bekanntgeworden, bei der jedoch niemals .ein Druck auf die waagerechten
Stoßflächen der :einzelnen Segmente ausgeübt werden kann. Da diese bekannte Elektrode
für Wechselstromöfen verwendet werden soll, kommt es dabei nicht wie bei Elektrolysezellen
so sehr darauf an, niedrige Ohmsche Übergangswiderstände in den zusammengesetzten
Elektroden zu erzielen.
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Auch den anderen bekannten, aus mehreren Teilelektroden aufgebauten
Elektroden fehlt das wesentliche Merkmal des Erfindunagsgegenstandes, da jede Teilelektrode
nur für sich mit einem Schwalbenschwanz versehen ist, wodurch die beim Erfindungsgegenstand
infolge der Ausstattung von zwei zu .einem Paar aneinandergepreßter Kohlenblöcke
mit einem gemeinsamen Schwalbenschwanz gewonnene Möglichkeit des Anpressens der
einzelnen Elektrodenteile nicht vorhanden ist.
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Im Gegensatz hierzu stehen gemäß der Erfindung durch diese Zusammenpressung
der Paarhälften die Stoßflächen zwischen den einzelnen Kohlepaaren unter Druck,
wodurch der Spannungsabfall an den Trennfugen zwischen den aufzustockenden Kohlen
:auf ein 'Mindestmaß herabgedrückt wird.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden
Beschreibung hervor, in der an Hand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel
erläutert ist.
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In der Zeichnung zeigt Abb. i einen Längsschnitt durch eine Elektrolysezelle
mit einer Seitenansicht der Anode gemäß der Erfindung und Abb.2 einen Querschnitt
durch diese Zelle und zwei Anoden.-Die Elektrolys:ezelle besteht in üblicher Weise
aus dem bewehrten Eisenblechkasten i, dessen Boden mit dem Matiertverk 2 versehen
ist. Die Wanne 3 der Zelle ist durch den aus Kohle bestehenden Boden q. und die
aus Magnesitziegeln bestehende Ausfütterung 5 der Seitenwände gebildet. Die Wanne
ist durch einen aus zGvei Teilen 6 und 6' bestehenden Deckel gegen Wärmeverlust
geschützt. Dieser Deckel hängt an Rollen 7, die in Längsschienen 8 laufen, die auf
den seitlich der Zelle angebrachten Stützen 9 ruhen. Aus dem Längsschnitt der Abb.
i ist erkennbar, daß die beiden Teile des Deckels 6 und 6' nach rechts und links.
verschoben werden können, so daß der Zutritt zur `Vanne 3 freigegeben wird. Die
Anode, von der im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Stück nebeneinander in die
Zelle eingehängt sind, besteht aus übcreinander angeordneten Kohlenblöcken i 1,
12 und 13, 14. Das Paar i i, 12 ist durch den Druckrahmen 15 in waagerechter Ebene
zusammengedrückt, so daß die mittleren senkrechten Stoßflächen fest aufeinandergepreßt
sind. Die Unterseite dieses Paares i i, 12 ist mit einem schwalbens,chwanzförmigen
Ausschnitt versehen, in den ein entsprechender schwalbenschwanzförmiger Vorsprung
.auf der Oberseite des Blockpaares 13, 1 4. einpaßt. Das Paar 13, 1 4 der Kohlenblöcke
war ursprünglich auf seiner Unterseite ebenfalls mit einer schwalb.en.schwanzförmigen
Ausnehmung versehen, doch ist in Abb. 2 die Form der Unterseite dargestellt, die
sie während des Betriebes annimmt, da die seitlichen Vorsprünge an den Kanten rasch
abbrennen.
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Damit nun der Druck, unter den das obere Kohlenpaar mittels des Druckralunens
15 gesetzt ist, sich über die Seitenflächen des Schwalbenschwanzes auf das untere
Kohlenpaar überträgt, ist zweckmäßig eine Möglichkeit für die Beivegting der einzelnen
Kohlenblöcke eines Paares in der Druckrichtung vorgesehen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel
ist dies dadurch erreicht, daß ein Zwischenraum 16 zwischen dem unteren Teil der
Stoßflächen des Paares durch Abschrägen
dieser Stoßflächen geschaffen
ist. Dadurch stoßen die Blöcke nur mit 'dem oberen Teil ihrer P'aßflächen zusammen,
während die unteren Innenkanten des Schwalb:enschwanzau.sschnittes fest die Seitenflächen
des Schwalbenschwanzvorsprungs des unteren Kohlenpaares, fassen und auch die waagerechten
Flächen der beiden Kohlenpaare fest zum Anliegen gebracht werden. Der zwischen dem
Kohlenpaar geschaffene Zwischenraum 16 kann entweder leer bleiben, oder @es, kann
auch auf. die Paßflächen vor dem Zusammenbau des Paares eine plastische Kohlenmasse
aufgetragen werden, die den Zwischenraum dann ausfüllt. Die Flächen, die den Schwalbenschwanz
bilden, können auch zur Verringerung des Übergangswiderstandes mit einem Kitt aus
Kohlenmasse o. dgl. hestrichen werden. Die einzelnen Kohlenpaare können mit einem
Blechmantel umgeben sein, der sie vor vorzeitiger Oxydation und Abrieselung schützt.
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Die Stromzuleitung zu den Anoden erfolgt in an sich bekannter Weise
z. B. durch die in das untere Kohlenpaar eingeschraubten Nippel 17, die mit der
Stromzuleitung 18 verbunden ,sind. Der Strom fließt aus der Zelle durch die Kathode
4 und den metallischen Leiter ig ab. Um die Höhenlage der Anode einstellen zu können,
ist der Druckrahmen auf Ketten 21, 22 aufgehängt, die über Rollen 23, 24 laufen,
welche in dem nur in Abb. i angedeuteten Ständer 25 gelagert sind.
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Der Betrieb der dargestellten Zelle mit der Anode gemäß der Erfindung
geschieht in folgender Weise: Ist das untere Kohlenpaar bis in die Nähe der Nippel
abgebrannt, dann wird die Anode, nachdem die Deckelhälften 6 und 6' zur Seite geschoben
wurden, mittels der Aufhängevorrichtung hochgezogen. Zweckmäßig werden sodann die
Deckelhälften 6 und 6' wieder zusammengefahren, damit man die Anode auf der Oberseite
des Deckels, aufsetzen kann. Nun werden die Nippel 17 aus dem unteren Kohlenpaar
entfernt, nachdem die Stromzuführungsleitungen von diesen gelöst worden sind. Die
Nippel werden in :das obere Kohlenpaar eingesetzt und die Zuführungsleitungen wieder
angeschlossen. Darauf wird die Anode nach Öffnung des Deckels wieder in den Ofen
gesenkt und der Deckel geschlossen. Die Anode wird nun gebildet aus dem oberen Kohlenpaar
und den noch von dem unteren Kohlenpaar verbliebenen Stümpfen, die durch den Schwalhenschw:anz
mit dem oberen Kohlenpaar verbunden sind. Sind die Stümpfe im Betrieb vollkommen
abgebrannt, so sind Maßnahmen für das Aufsetzen eines neuen Kohlenpaares: auf das
Paar i i und 12 zu treffen. Zu diesem. Zweck wird die Anode wieder hochgezogen,
auf den Deckel aufgesetzt und ein neues Kohlenpaar oben aufgebracht; darauf wird
der Druckrahmen vom Paar i i und 12 gelöst und um das neue Paar gelegt. Die Stromzuführungsnippel
verbleiben zunächst in dem Kohlenpaar i i und 12. Nach Durchführung dieser Maßnahmen
wird die nunmehr aufgestockte Anode nach vorheriger öffnung des Deckels wieder in
den Ofen gesenkt und der Deckel geschlossen. Ist das Paar i i und 12 im Verlauf
des Betriebes bis, in die Nähe der Nippel abgebrannt, so werden .die Nippel wieder,
wie oben beschrieben, umgesetzt usf. Diese Maßnahmen, d. h. also die Aufstockung
der Anoden und die Versetzung der Nippel, können ohne Unterbrechung des Betriebes
der Zelle durchgeführt werden, da während der Arbeiten an der einen Anode die andere
Anode weiterlaufen kann.
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Die Schwalbenschwanzausnehmungen und -vorsprünge sind verhältnismäßig
schmal und verlaufen über die ganze Länge der Kohlenblöcke. Infolgedessen ist ihre
mechanische Beanspruchung gering, und es besteht keine Gefahr der Rißbildung. Da
die einzelnen Kohlenblöcke in fertiggebranntem Zustande zur Verwendung gelangen,
können ihre chemischen und physikalischen Eigenschaften genau überwacht werden,
so daß keine unb-rauchbaren Stücke zur Zelle gelangen und deren Betrieb stören.