DE767108C - Gegen Abbrand geschuetzte negative Graphitelektrode fuer nach dem Dreischichtenverfahren arbeitende Aluminium-Raffinationsoefen - Google Patents

Description

• Gegen Abbrand geschützte negative Graphitelektrode für nach dem hreischichtenverfahren arbeitende Aluminium-Raffinationsöfen Zum Reinigen von Aluminium sind mehrere Verfahren bekannt, bei denen das Metall aus Hüttenaluminium, einer Legierung oder einer Mischung mit anderen Metallen elektrolytisch entfernt und kafhodisch in reiner Form abgeschieden wird. Nach einem dieser Verfahren ward mit drei übereinander liegenden 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 gxetrennt. 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 eis schwerer ist als der Elektrolyt. Der Elektrolyt seinerseits muß schwerer sein als das die oberste Schicht bildende gereinigte Aluminium.
• Dieses Verfahren ist in der Fachliteratur ausführlich beschrieben, so z. B. im »Handhuch der Technischen Elektrochemie« <an Eng-:llia.rdt. Bd.III, S.378 bis 383, »Die Raffination des Aluminiums, Das Hoopes-Verfahren<. von Prof. Dr. von Ze-e rl.e der.
• Üblicherweise werden bei den Aluminium-Raffitiationsöfen für die negative Stromzuführung Graphitelektroden benutzt, die in die obere Schicht, d. h. die abgeschiedene-Schicht aus raffiniertem Aluminium so weit eintauchen, daß eine leitende Verbindung entsteht. Im Gegensatz zu den bei den :»luminiumherstellungsöfen als Anoden dienenden Elektroden nehmen diese Elektroden am Raffinationsvorgang chemisch nicht teil. Bekanntlich dienen die Anoden bei der elektrolvtischen Herstellung von Aluminium im Schmelzfluß nicht nur als Stromzuleitungen, sondern auch als Depolarisatoren, indem sich ihr Kohlenstoff mit d, m entwickelten Sauerstoff verbindet. Da an den kathodischen Stromzuführungselektrod-en be-i der Aluminiumraffination keift solcher Vorgang stattfindet, werden diese theoretisch nicht verbraucht. Im praktischen Betrieb tritt jedoch an den nicht in das flüssige -Metall eintauchenden Stellen der Elektroden, hauptsächlich in der Nähe des -Metallspiegels, infolge der Einwirkung des Luftsauerstoffes trotzdem ein Verlust auf, dessen Größe von der angewendeten Betriebstemperatur und von der Güte der Elektrodenmasse abhängt. Arbeitet man z. B. mit hochreinen Graphitelektroden bei 740` Badtemperatur, so liegt dieser Verlust in der Größenordnung von 1o bis 1ä g/kg raffinierten Aluminiums. Bei billigeren, weniger guten Elektrodenmassen ist der Verlust größer. Um diesen Abbrandverlust herabzusetzen, hat man bereits vorgeschlagen, die Elektroden durch Schutzanstriche oder einen Schutzmantel zu schützen.
• Erfindungsgemäß werden die negativen Graphitelektroden für nach &m Dreischichtenverfahren arbeitende Aluminium-Raffinationsöfen gegen Abbrand dadurch geschützt, daß man sie mit einer Schutzschicht aus chemischen Verbindungen versieht. deren Anwendung praktisch keine nachweisbare Verunreinigung des kathodisch abgeschiedenen 1letalls verursacht, und über diese Schutzschicht einen Schutzmantel aus Aluminium anbringt, der an den oberen Teil der Elektrode praktisch luftdicht angedrückt ist.
• Durch das luftdichte Andrücken des -Mantels an den oberen Teil der Elektrode werden Luftströme zwischen 1lantel und Elektrode unterbunden, die sonst unvermeidlich sind, w,-nn infalg@ der verschiedenen Wärmeausdehnungen zwischen Aluminiummantel und Graphitelektrode Luftkanäle entstehen. Schon durch die geschilderte Anbringung des -Mantels wird die Abzunderung wesentlich herabgesetzt, aber der angestrebte Erfolg «ira durch das Cberziehen der Elektroden mit einer Schicht von solchen chemischen Verhindungen, deren Anwendung das kathodisch abgeschiedene Aluminium praktisch nicht verunreinigt, noch sicherer herbeigeführt. Die Wirkung der Anstrichmasse ist eine Folge der unmittelbaren Bedeckung der Elektrodenoberfläche und' der selbsttätigen Verstopfung etwa auftretender Luftkanäle. Es kommen als Anstrichmasse vor allem Verbindungen der Erdalkali- und der Erdmetalle sowie des -Magnesiums in Betracht, und zwar vor allem Oxyde, Hvdroxvde, Carbonate, Sulfate, Borate und Phosphate. Zum Teil zersetzen sich diese Verbindungen in der Hitze und verwandeln sich in andere Verbindungen, die auch die gewünschte Schutzwirkung ausüben; so werden die Hvdroxyde in Oxyde verwandelt. Es können auch Caleium- y oder 1lagnesiumaluminate in Frage kommen sowie z. B. -Iagnesia-1lagnesiumsalz-Zemente.
• Die genannten Verbindungen werden zweckmäßig in Form von Aufschlämmungen, vorzugsweise in Wasser, aufgespritzt oder aufgestrichen. Dicke hall:milch bzw. Kalkbrei genügender Reinheit ist besonders zu empfehlen, vor allem wegen des niedrigen Preises. Die Schutzschicht wird mindestens an den gefährdeten Stellen. also in erster Linie an den Seitenflächen. vor dem Aufbringen des Schutzmantels aufgetragen. Da die verwendeten Verbindungen im trockenen Zustand den elektrischen Strom nicht leiten, bietet sich die -Möglichkeit. die zur Herabsetzung der Abzunderung aufgebrachte Schutzschicht auch als elektrische Isolation zwischen Elektrode und Aluminiummantel z,.t benutzen, so daß praktisch der gesamte Elektrolysestrom durch die Graphitelektrod@_ hindurchgehen muß.
• Im allgemeinen soll der Aluminiumsehutzmanbel eine Dicke von etwa .4 bis 7 mm besitzen. Am besten bewährt haben sich Schutzmäntel von ä bis 6 mm Stärke. Betragen nämlich die Wandstärken weniger als 4 mm, so besteht die Gefahr, daß der -Mantel zu weit, nämlich bis einige Zentimeter über die Badoberfläche, abschmilzt, so daß dann an den freigelegten Stellen doch Luft zutreten und eine Verzunderung stattfinden kann. Übersteigt aber die Wandstärke des -Mantels 7 mm, so sind im allgemeinen bei Elektroden üblicher Größe, d. h. mit einem Durchmeser von etwa 200 bis 300 mm, die Wärmeverluste so stark, daß die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens beeinträchtigt wird.
• Bei Verwendung von Aluminiummänteln muß möglichst reines Aluminium. vorzugsweise elektrolvtisch raffiniertes Aluminium, benutzt werden, damit das Kathodenmetall, in das. die Elektroden mit ihren unteren Enden eintauchen, nicht verunreinigt wird.
• Es wurde festgestellt, daß der Elektrodenverbrauch durch die kombinierte Anwendung von oben praktisch luftdicht abgeschlo@ssenien Alum,ini;ummänteln und von Kalkanstrichen etwa auf die- Hälfte des angegebenen Betrags herabgesetzt werden kann. Ferner hat sich gezeigt, daß dabei der untere Teil des Aluminiummantels noch weniger abschmilzt und daß dieser aus diesem Grundie stets blis dicht an den Metallspiegel heranreicht.
• Die Abb. i und 2 zeigen zwei Möglichkeiten zum praktisch luftdichten Andrücken des Aluminiummantels an den oberen Teil' der Elektrode. Der Schutzanstrich ist nicht eingezeichnet.
• Bei der Ausführungsform nach Abb. i wird der Stromanschluß an die Elektrode a mittels einer Schelle c bewirkt, die teilweise über das in die Elektrode eingelassene Ende d des Schutzmantels b faßt und so dieses gegen die Elektrode preßt. -Bei der Ausführungsform nach Abb. 2 ist die Elektrode a an ihrer oberen Stirnfläche mit einer zentralen Bohrung e versehen, in die ein Nippelf eingeschraubt ist, der der Stromzuführung dient. Dieser Nippel ist mit Außengewinde g versehen, auf dem eine Gegenmutter h läuft, durch die eine Dichtungseinlage i fest gegen den Schutzmantel b gep@reßt werden kann,, wodurch dieser auf der Elektrode zum satten Anliegen kommt.

Claims (5)

1. PATENTANSPRUCIIE: i. Durch einen Schutzmantel aus Aluminium gegen Abbrand geschützte negative Graphitelektrode für nach dem Dreischichtenverfahren arbeitendeAluminium-Raffinat:ionsäfen, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode unter dem Schutzmantel mit einer Schutzschicht aus chemischen, Verbindungen versehen ist, deren Anwendung praktisch keine Verunreinigung des kathodisch abgeschiedenen Metalls verursacht, und daß der vorzugsweise aus reinem Aluminium bestehende Schutzmantel an den oberen.Teil der Elektrode praktisch luftdicht angedrückt ist.
2. 2. Elektrode nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht aus Verbindungen der Erdalkali-, der ErdmetalQe oder des Magnesiums besteht.
3. 3. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzsch,ich.t aus Oxyden, Hy droxyden, Carbonaten, Sulfaten, Boraten oder Phosphaten der angegebenen Metalle besteht.
4. 4. Elektrode nach Anspruch i, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht in aufgeschlämmter Form aufgespritzt oder aufgestrichen ist.
5. 5. Elektrode nach Anspruch i, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, däß der Schutzmantel aus Aluminium eine Wandstärke von etwa 4. bis 7 mm, vorzugsweise 5 bis 6 mm, besitzt. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vorn Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen. worden Deutsche Patentsichriften Nr. 453 2,51, 557 800, 175 128, 447 678 französische Patentschriften Nr-. 788 o63, 453 i72.