EP0003598B1 - Verfahren zur Gewinnung von Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse - Google Patents

Verfahren zur Gewinnung von Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse Download PDF

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EP0003598B1
EP0003598B1 EP79100362A EP79100362A EP0003598B1 EP 0003598 B1 EP0003598 B1 EP 0003598B1 EP 79100362 A EP79100362 A EP 79100362A EP 79100362 A EP79100362 A EP 79100362A EP 0003598 B1 EP0003598 B1 EP 0003598B1
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anode
electrolysis
aluminum
aluminum oxide
graphite
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Siegfried Dr.-Ing. Wilkening
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Vereinigte Aluminium Werke AG
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Vereinigte Aluminium Werke AG
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
    • C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium

Definitions

  • the invention relates to a method and an electrolysis cell for the production of aluminum by melt flow electrolysis with an electrolyte consisting of alkali and / or alkaline earth metal halides, a mixture containing aluminum oxide and carbon in a weight ratio of 5: 3 to 3: 1 being used as the anode.
  • the anode can consist of a mixture of aluminum oxide and carbon in a weight ratio of 5: 1 to 3: 1.
  • US Pat. No. 3,798,140 describes the refining for the electrolysis of an AISi alloy with the deposition of the pure aluminum on the cathode.
  • the anode consists of a perforated graphite vessel located below the cathode, with which the AISi alloy is immersed in the electrolyte and the remaining Si residues are removed. This arrangement is not suitable for the extraction of aluminum from aluminum oxide, since aluminum cannot be deposited on the cathode because of the anode gases which are produced.
  • the object of the present invention is to develop a method and an electrolysis cell for the production of aluminum by melt flow electrolysis, in which the production of aluminum chloride as a starting material can be dispensed with, and the disadvantages of the prior art mentioned are avoided. According to the invention, this is done by the features specified in the claims.
  • cryolite or other alkali, alkaline earth or light metal fluorides is recommended in order to make it easier for the aluminum to flow together due to the lower surface tension compared to the molten salt. Furthermore, it makes sense to start the electrolysis with a small AICI 3 content of 3-5% in the molten salt, because otherwise there will initially be a primary decomposition of alkali chloride.
  • Electrographite and titanium diboride have proven themselves as the material for the cathode arranged on the bottom and on the sides of the electrolytic cell. It depends on the design of the electrolysis cell whether the side walls of the cell are partially lined with a ceramic, electrically non-conductive product such as magnesite or corundum stones, for example when using bipolar electrodes. A preferred range for the anodic current density is 0.2-2 amperes per cm 2 .
  • the surprising moment of the present invention is that the reducing chlorination of the aluminum oxide in the anode and the electrolytic decomposition of the aluminum chloride formed take place simultaneously in stoichiometric ratios. Despite the very low oxide content in the electrolyte melt, the above-mentioned phenomenon of the anode effect was not observed even when the anodic current density was raised above the normal level.
  • the concentration of the intermediate aluminum chloride in the molten salt is at a very low level, so that neither its vapor pressure nor its unfavorable influence on the conductivity of the molten salts can be felt.
  • anode gas of carbon dioxide and carbon monoxide is formed at the anode.
  • Al 2 O 3 electrolysis takes place in cryolite at bath temperatures around 950 ° C, working temperatures of a maximum of 850 ° C, on average 750, are sufficient for the electrolysis with the Al 2 O 3 ⁇ C anode in predominantly chloridic melt ° C.
  • the lower electrolysis temperatures reduce heat losses and reduce specific energy consumption.
  • the electrolysis cell according to the invention is supplied on the raw material side only with the compact aluminum oxide-carbon anode as the electrode, it being possible to supply it discontinuously in block form or continuously in strand form.
  • the A1 2 0 3 concentration in the electrolysis bath must be maintained in that aluminum oxide is introduced into the melt bath by breaking the surface crusts at predetermined intervals.
  • the operation of the electrolytic cell according to the invention is limited to changing the anodes and sucking out the deposited aluminum. The procedure allows the electrolysis cell to be encapsulated with a simple housing that is difficult to open.
  • An anode made of aluminum oxide and carbon can be produced, for example, by mixing finely divided aluminum oxide and / or aluminum hydroxide with electrode pitch, shaping it into a body and burning it in the absence of air at a slow heating rate up to about 1000 ° C.
  • the fired aluminum oxide-carbon anode has a specific electrical resistance of approximately 1000 Q mm2 / m.
  • a carbon anode, such as is used for Al 2 O 3 electrolysis in molten cryolite, has only a resistance of approx. 60 ⁇ mm 2 / m.
  • the Al 2 O 3 ⁇ C anode is therefore not suitable for a long current path in the anode.
  • the method according to the invention to combine the A1 2 0 3 -C anode with an auxiliary conductor made of electrographite.
  • the electrical resistance of the graphite electrodes is approx. 10 Q mm 2 / m and is therefore six times smaller than that of a burned carbon anode.
  • the graphite material can be loaded with current densities up to 10 A / cm 2 .
  • the auxiliary conductor as electrographite is not consumed in the electrolysis cell in addition to the Al 2 O 3 ⁇ C mass.
  • the electrographite can therefore be reused as a carrier material for the A1 2 0 3 -C mass.
  • Firing in deep chamber ring furnaces a process step with an unsatisfactory space-time yield, is part of the manufacture of an electrically conductive, solid shaped body made of aluminum oxide and pitch.
  • This production process can be avoided in a further embodiment of the invention if a self-baking Söderberg mass is produced from the aluminum oxide and suitable tars or pitches. It is expedient to either embed the conductive auxiliary material made of graphite elements in the Al 2 O 3 pitch composition or to surround the same. If the consumption of the anode in the electrolysis cell continues, the A1 2 0 3 pitch mass reaches increasingly hotter temperature zones, is gradually coked and electrically and mechanically connected to the graphite moldings.
  • the metallic current conductors leading to the anode are connected to the graphite elements for reasons of low contact or contact resistance.
  • the metal contact pieces and their holders are designed so that they can be moved continuously and automatically.
  • the gases released in and on the anode are completely captured by encapsulating the electrolytic cell, suctioned off and fed to an exhaust gas cleaning system.
  • the unavoidable chlorine and salt losses of the melt flow electrolyte are compensated for by adding a salt mixture of aluminum chloride and the corresponding salt components of the cell electrolyte used, which has been melted elsewhere, as required.
  • the materials usually used for the cathode are carbon, electrographite, titanium boride, zirconium boride or mixtures thereof.
  • anode in which the mass of aluminum oxide and carbon is not mechanically firmly connected to the anode part made of graphite. It is sufficient if the A1 2 0 3 -C mass is in electrical contact with the graphite, which is a good electrical conductor.
  • a practical implementation of this principle is shown in Fig. 1.
  • Fig. 1 shows a vertical section through an electrolytic cell of simple design with only one vertically suspended cathode plate and two opposite anodes.
  • the graphite cathode 1 with the metallic current conductor 2 is arranged in the center of the electrolysis cell.
  • the anode consists of three basic elements.
  • the first component of the anode is a graphite plate 4 with the threaded bolt 5, via which the electrolysis current is supplied.
  • the Al 2 O 3 -C mass 3 In front of the graphite plate 4 is the Al 2 O 3 -C mass 3 in lump form.
  • the Ab03-C mass is charged as briquettes, pellets, tablets or other granules and held by a plate 6. In this example it is made of graphite and has horizontal slots.
  • the plate 6 embodies a kind of diaphragm and has the task to ensure that on the one hand no particles of the A1 2 0 3 -C mass reach the cathode 1 from the anode compartment and on the other hand a sufficiently free passage for the electrolyte melt 7, which is the electrolysis compartment between the cathode and anode fills, is present. Therefore, the plate 6 must either contain an open pore system or appropriate holes or channels.
  • the aluminum is deposited in liquid form on the cathode 1. It drips from it and collects at the bottom of the electrolytic cell to bath 8.
  • the anode consisting of the components 3, 4 and 6 and the rest of the electrolysis room are enclosed in a corrosion-resistant, electrically non-conductive masonry 9.
  • the heat protection of the electrolysis cell is ensured by the fire-proof insulation 10.
  • the batching of the lumpy A1 2 0 3 -C mass can be adapted to the consumption of the electrolytic cell, batchwise or fully continuously via a funnel.
  • the three-part anode according to FIG. 1 can be installed in multi-cell electrolysis units with plate-shaped graphite cathodes which are connected in parallel, or in electrolysis batteries with bipolar electrodes as a composite anode.
  • a process diagram for the production of the lumpy feed material as A1 2 0 3 and carbon is shown in Fig. 2.
  • the individual process steps are to be considered as examples and can be replaced by similar process units.
  • the chamber shaft furnace can be replaced by a tunnel furnace. If the flow diagram is compared with the preparation processes for the raw materials and auxiliary substances of the two known electrolysis processes mentioned at the outset, the process according to the invention has significant apparatus and energy-saving advantages.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Elektrolysezelle zur Gewinnung von Aluminium durch Schmelzflußelektrolyse mit einem aus Alkali- und/oder Erdalkalihalogeniden bestehenden Elektrolyten, wobei als Anode ein Gemisch, enthaltend Aluminiumoxid und Kohlenstoff im Gewichtsverhältnis 5 : 3 bis 3 : 1 verwendet wird.
  • Es sind verschiedene Verfahren zur schmelzflußelektrolytischen Gewinnung von Aluminium bekannt:
    • Bei einer Gruppe dieser Verfahren wird der Rohstoff in Salzschmelzen aufgelöst. Das bekannteste Verfahren ist die Auflösung von Aluminiumoxid in einer Kryolithschmelze. In einem weiteren Verfahren wird Aluminiumchlorid in Alkalichloridschmelzen aufgelöst. Bei einer zweiten Gruppe wird der Aluminium enthaltende Rohstoff durch die Anode zugeführt. Dabei werden bevorzugt Gemische aus Aluminiumoxid und Kohlenstoff verwendet.
  • Laut GB-A 1 214 und US-A 503 929 ist ein beachtlicher Aluminiumchloridgehalt in der Elektrolyseschmelze vorgesehen. Nach GB-A 1 214 wird als Elektrolyt das geschmolzene Doppelchlorid NaCI . AC13 verwendet und die Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes von Aluminium, 660°C, gehalten. Gemäß der GB-A 511 076 kann die Anode aus einem Gemisch aus Aluminiumoxid und Kohlenstoff im Gewichtsverhältnis 5 : 1 bis 3 : 1 bestehen.
  • Ferner ist es bereits von Sainte-Claire Deville (1859) und von Louis Le Chatelier (1861) vorgeschlagen worden, bei derAluminiumchloridelektrolyse das Aluminiumchlorid unmittelbar in der Elektrolysezelle unter Zuführung eines Gemisches aus Aluminiumoxid und Kohlenstoff zu erzeugen. Dabei sollte das Gemisch als fester Anodenkörper ausgebildet und von einem irdenen Gefäß umgeben werden. Dieses hatte den Zweck, die abbröckelnden Bestandteile der Anode aufzufangen und eine Vermischung mit dem Elektrolyten zu verhindern.
  • In der US-PS 3 798 140 ist die Raffination zur Elektrolyse einer AISi-Legierung unter Abscheidung des reinen Aluminiums an der Kathode beschrieben. Die Anode besteht aus einem unterhalb der Kathode angeordneten perforierten Grafitgefäß, mit dem die AISi-Legierung in den Elektrolyten eingetaucht und die zurückbleibenden Si-Reste herausgenommen werden. Zur Gewinnung von Aluminium aus Aluminiumoxid ist diese Anordnung nicht geeignet, da wegen der entstehenden Anodengase Aluminium an der Kathode nicht abgeschieden werden kann.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Elektrolysezelle zur Gewinnung von Aluminium durch Schmelzflußelektrolyse zu entwickeln, bei dem auf die Herstellung von Aluminiumchlorid als Ausgangsmaterial verzichtet werden kann, und die erwähnten Nachteile des Standes der Technik vermieden werden. Erfindungsgemäß geschieht dies durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale.
  • Es wurde gefunden, daß durch Elektrolyse in einer Schmelze aus Alkali- und/oder Erdalkalihalogeniden mit einer Anode, die sich aus einem Gemisch enthaltend Aluminiumoxid und Kohlenstoff zusammensetzt und der das Gemisch aus Aluminiumoxid und Kohlenstoff als Granulat oder stückig während der Elektrolyse durch die Anode zugeführt wird, Aluminium kathodisch mit relativ guter Stromausbeute erhalten wird, ohne daß dabei an der Anode Chlor oder Aluminiumchlorid freigesetzt werden. Für diesen Elektrolyseprozeß werden vorzugsweise Temperaturen von 680 bis 850°C angewendet. Die Salzschmelze enthält als Hauptkomponente Natriumchlorid mit Zusätzen von Kaliumchlorid, Lithiumchlorid oder Erdalkalichloriden. Eine Zugabe von 10-40% Kryolith oder anderen Alkali-, Erdalkali-oder Leichtmetallfluoriden empfiehlt sich, um das Aluminium infolge geringerer Oberflächenspannung gegenüber der Salzschmelze leichter zum Zusammenfließen zu veranlassen. Ferner ist es sinnvoll, die Elektrolyse mit einem kleinen AICI3-Gehalt von 3-5% in der Salzschmelze in Gang zu bringen, weil andernfalls zu Anfang eine primäre Zersetzung von Alkalichlorid erfolgt.
  • Als Werkstoff für die sowohl am Boden als auch an den Seiten der Elektrolysezelle angeordnete Kathode haben sich Elektrografit und Titandiborid bewährt. Es hängt von der Konstruktion der Elektrolysezelle ab, ob die Seitenwände der Zelle beispielsweise bei der Verwendung von Bipolarelektroden teilweise mit einem keramischen, elektrisch nicht leitenden Erzeugnis wie Magnesit- oder Korundsteinen ausgekleidet werden. Ein bevorzugter Bereich für die anodische Stromdichte sind 0,2-2 Ampere pro cm2.
  • Das überraschende Moment der vorliegenden Erfindung ist, daß die reduzierende Chlorierung des Aluminiumoxids in der Anode und die elektrolytische Zerlegung des gebildeten Aluminiumchlorids gleichzeitig in stöchiometrischen Verhältnissen ablaufen. Trotz recht geringen Oxidgehalts in der Elektrolytschmelze wurde auch bei einer über das Normalmaß angehobenen anodischen Stromdichte das eingangs erwähnte Phänomen des Anodeneffekts nicht beobachtet.
  • Im Vergleich zu den beiden bekannten Elektrolyseverfahren, der AlCl3-Elektrolyse und der A1203-Elektrolyse in Kryolith, lassen sich für das erfindungsgemäße Verfahren folgende Vorteile aufzeigen: Die Handhabung und der Transport von Chlor und Aluminiumchlorid entfallen. Der Aufwand für die Apparate und Einrichtungen ist deshalb beachtlich kleiner. Chlor ist ein sehr korrosives Gas, insbesondere wenn es bei ca. 700°C in der AICI3-Elektrolysezelle aufgefangen werden muß. Aluminiumchlorid ist hygroskopisch, wird durch Luftfeuchtigkeit hydrolytisch in Hydroxid und Salzsäure gespalten und beansprucht als Sublimat viel Raum. Der Umgang mit Aluminiumchlorid und Chlor erfordert geschlossene, korrosionsbeständige Apparaturen. Daraus resultieren größere Investitions-, Betriebs- und Reparaturkosten.
  • Ferner befindet sich die Konzentration des als Zwischenprodukt auftretenden Aluminiumchlorids in der Salzschmelze auf einem sehr niedrigen Niveau, so daß weder sein Dampfdruck noch seine ungünstige Beeinflussung der Leitfähigkeit der geschmolzenen Salze spürbar werden.
  • Ähnlich wie bei der Al2O3-Elektrolyse in der Kryolithschmelze wird an der Anode ein Anodengas aus Kohlendioxid und Kohlenmonoxid gebildet. Während sich aber die bekannte Al2O3-Elektrolyse in Kryolith bei Badtemperaturen um 950°C abspielt, reichen für die Elektrolyse mit der Al2O3―C-Anode in vorwiegend chloridischer Schmelze Arbeitstemperaturen von maximal 850° C, im Durchschnitt von 750° C aus. Die tieferen Elektrolysetemperaturen vermindern die Wärmeverluste und reduzieren den spezifischen Energieverbrauch. Die erfindungsgemäße Elektrolysezelle wird rohstoffseitig nur mit der kompakten Aluminiumoxid-Kohlenstoff-Anode als Elektrode versorgt, wobei sie diskontinuierlich in Blockform oder kontinuierlich in Strangform zugeführt werden kann. Im Gegensatz dazu muß man in der Elektrolyse mit der Al2O3-haltigen Kryolithschmelze die A1203-Konzentration im Elektrolysebad dadurch aufrechterhalten, daß in festgelegten Zeitabständen durch Brechen der Oberflächenkrusten Aluminiumoxid in das Schmelzebad eingetragen wird. Die Bedienung der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle beschränkt sich auf das Wechseln der Anoden und das Heraussaugen des abgeschiedenen Aluminiums. Die Verfahrensweise erlaubt, die Elektrolysezelle mit einem einfachen, wenig zu öffnenden Gehäuse einzukapseln.
  • Eine Anode aus Aluminiumoxid und Kohlenstoff läßt sich zum Beispiel in der Weise herstellen, daß man feinteiliges Aluminiumoxid und/ oder Aluminiumhydroxid mit Elektrodenpech mischt, zu einem Körper formt und unter Luftabschluß mit langsamer Aufheizgeschwindigkeit bis etwa 1000° C brennt. Die gebrannte Aluminiumoxid-Kohlenstoff-Anode weist einen spezifischen elektrischen Widerstand von etwa 1000 Q mm2/m auf. Eine Kohlenstoffanode, wie sie für die Al2O3-Elektrolyse in geschmolzenem Kryolith verwendet wird, hat nur einen Widerstand von ca. 60 Ω mm2/m. Die Al2O3―C-Anode ist deshalb für einen langen Stromweg in der Anode nicht geeignet. Um den Spannungsabfall in der A1203-C-Anode möglichst niedrig zu halten, ist es für das erfindungsgemäße Verfahren zweckdienlich, die A1203-C-Anode mit einem Hilfsleiter aus Elektrografit zu kombinieren. Der elektrische Widerstand der Grafitelektroden liegt bei rd. 10 Q mm2/m und ist somit sechsmal kleiner als der einer gebrannten Kohlenstoffanode. Das Grafitmaterial kann mit Stromdichten bis zu 10 A/cm2 beaufschlagt werden. Will man zumindest anodische Stromdichten von 0,6 bis 1,0 A/cm2 erzielen, wie sie in der Al2O3-Elektrolyse mit Kohlenstoffanode und Kryolithschmelze üblich sind, so genügt es, daß für den Elektrografit ein leitender Querschnitt von etwa einem Fünftel des Querschnitts der Al2OH3―C-Anode vorgesehen wird. Die Verbundanode aus dem A1203-C-Körper und dem Grafitmaterial kann dann ähnlich wie eine vorgebrannte Kohlenstoff- anode belastet werden, ohne eine Überhitzung oder einen ungünstigen Energieverbrauch befürchten zu müssen. Der gut leitende Grafitwerkstoff wird dem A1203-C-Körper hauptsächlich parallel geschaltet. Das kann z. B. in der Art geschehen, daß sich der Grafit in Stab- oder Plattenform im Kern des Al2O3―C-Körpers befindet oder den Al2O3―C-Körper außen umfaßt.
  • Es hat sich nun überraschenderweise herausgestellt, daß der Hilfsleiter als Elektrografit neben der Al2O3―C-Masse in der Elektrolysezelle nicht verbraucht wird. Der Elektrografit kann deshalb als Trägermaterial für die A1203-C-Masse wiederverwendet werden.
  • Zur Fertigung eines elektrisch leitenden, festen Formkörpers aus Aluminiumoxid und Pech gehört das Brennen in Tiefkammer-Ringöfen, eine Verfahrensstufe mit unbefriedigender Raum-Zeit-Ausbeute. Dieser Produktionsgang ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vermeidbar, wenn man aus dem Aluminiumoxid und geeigneten Teeren oder Pechen eine selbstbakkende Söderbergmasse herstellt. Dabei ist es zweckmäßig, das leitfähige Hilfsmaterial aus Grafitelementen entweder in die Al2O3-Pech-Masse einzubetten oder dieselbe damit zu umgeben. Schreitet der Verbrauch der Anode in der Elektrolysezelle fort, gelangt die A1203-Pech-Masse in zunehmend heißere Temperaturzonen, wird allmählich verkokt und mit den Grafitformteilen elektrisch und mechanisch verbunden. Die zur Anode führenden metallischen Stromleiter werden aus Gründen eines niedrigen Kontakt-oder Übergangswiderstandes an die Grafitelemente angeschlossen. Die metallenen Kontaktstücke und deren Halterungen sind so konstruiert, daß sie kontinuierlich und automatisch versetzbar sind.
  • In einer Söderbergmasse aus Aluminiumoxid und Pech ist es auch möglich, anstelle von Elektrografit als Hilfsleiter Aluminium zu verwenden. Zwar schmilzt das Aluminium schon ca. 100°C unterhalb der Elektrolysetemperatur bei rd. 650° C ab, aber zwischen 550 und 650° C ist ein Stromübergang vom Aluminium zur Al2O3―C-Masse möglich.
  • Die in und an der Anode freiwerdenden Gase werden durch Kapselung der Elektrolysezelle vollständig erfaßt, abgesaugt und einer Abgasreinigungsanlage zugeführt. Die nicht ganz vermeidbaren Chlor- und Salzverluste des Schmelzflußelektrolyten werden dadurch ausgeglichen, daß ein anderswo erschmolzenes Salzgemisch aus Aluminiumchlorid und den entsprechenden Salzkomponenten des eingesetzten Elektrolyten der Zelle nach Bedarf ergänzt wird.
  • Nachdem die Grundzüge des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt wurden, sollen drei nach diesem Prinzip arbeitende Elektrolyseeinheiten beschrieben werden.
  • Die üblicherweise für die Kathode verwendeten Werkstoffe sind Kohlenstoff, Elektrografit, Titanborid, Zirkoniumborid oder Gemische derselben.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, eine Anode zu verwenden, bei der die Masse aus Aluminiumoxid und Kohlenstoff nicht mechanisch fest mit dem Anodenteil aus Grafit verbunden ist. Es genügt, wenn die A1203-C-Masse mit dem elektrisch gut leitenden Werkstoff Grafit in elektrischem Kontakt steht. Eine praktische Verwirklichung dieses Prinzips ist in Fig. 1 wiedergegeben.
  • Fig. 1 zeigt einen Vertikalschnitt durch eine Elektrolysezelle einfacher Ausführung mit nur einer senkrecht eingehängten Kathodenplatte und zwei gegenüberliegenden Anoden. In der Mitte der Elektrolysezelle ist die Kathode 1 aus Grafit mit dem metallischen Stromleiter 2 angeordnet. Die Anode setzt sich aus drei Grundelementen zusammen. Der erste Bestandteil der Anode ist eine Grafitplatte 4 mit dem Gewindebolzen 5, über den der Elektrolysestrom zugeführt wird. Vor der Grafitplatte 4 befindet sich die Al2O3-C-Masse 3 in stückiger Form. Die Ab03-C-Masse wird als Briketts, Pellets, Tabletten oder als sonstiges Granulat chargiert und von einer Platte 6 gehalten. Sie besteht in diesem Beispiel aus Grafit und ist mit Horizontalschlitzen versehen. Aber auch andere Werkstoffe, insbesondere Sinterkorund, Zirkoniumoxid und Sintermagnesia sind für die Fertigung der Platte 6 geeignet. Die Platte 6 verkörpert eine Art Diaphragma und hat die Aufgabe zu erfüllen, daß einerseits keine Teilchen der A1203-C-Masse aus dem Anodenraum zur Kathode 1 gelangen und andererseits ein ausreichend freier Durchgang für die Elektrolytschmelze 7, die den Elektrolyseraum zwischen Kathode und Anode ausfüllt, vorhanden ist. Deshalb muß die Platte 6 entweder ein offenes Porensystem oder zweckentsprechende Löcher oder Kanäle enthalten. An der Kathode 1 wird das Aluminium flüssig abgeschieden. Es tropft von ihr ab und sammelt sich am Boden der Elektrolysezelle zu dem Bad 8.
  • Die Anode aus den Bestandteilen 3, 4 und 6 sowie der übrige Elektrolyseraum sind eingefaßt in ein korrosionsbeständiges, elektrisch nicht leitendes Mauerwerk 9. Der Wärmeschutz der Elektrolysezelle wird durch die feuerfeste Isolierung 10 gewährleistet.
  • Die Chargierung der stückigen A1203-C-Masse kann dem Verbrauch der Elektrolysezelle angepaßt, satzweise oder vollkontinuierlich über einen Trichter erfolgen. Die dreiteilige Anode nach Fig. 1 läßt sich mit plattenförmigen Grafitkathoden, die parallel geschaltet sind, oder in Elektrolysebatterien mit Bipolarelektroden als Verbundanode in mehrzellige Elektrolyseaggregate einbauen.
  • Ein Verfahrensschema zur Herstellung des stückigen Aufgabegutes als A1203 und Kohlenstoff ist in Fig. 2 dargestellt. Die einzelnen Verfahrensschritte sind als Beispiele zu betrachten und durch ähnliche Verfahrenseinheiten ersetzbar. So kann beispielsweise der Kammerschachtofen durch einen Tunnelofen ersetzt werden. Vergleicht man das Fließbild mit den Vorbereitungsgängen der Roh- und Hilfsstoffe der beiden eingangs erwähnten bekannten Elektrolyseprozesse, so weist das erfindungsgemäße Verfahren bedeutende apparative und energiesparende Vorteile auf.

Claims (5)

1. Verfahren zur Gewinnung von Aluminium durch Schmelzflußelektrolyse in einem aus Alkali- und/oder Erdalkalihalogeniden bestehenden Elektrolyten, wobei als Anode ein Gemisch, enthaltend Aluminiumoxid und Kohlenstoff im Gewichtsverhältnis 5 : 1 bis 3 : 1 verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus Aluminiumoxid und Kohlenstoff als Granulat oder stückig während der Elektrolyse kontinuierlich durch die Anode zugeführt wird und mit einem elektrisch leitenden Anodenteil aus Grafit in elektrischem Kontakt steht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrolytische Reaktion bei Temperaturen von 680-850° C durchgeführt wird.
3. Elektrolysezelle zur Gewinnung von Aluminium durch Schmelzflußelektrolyse gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anode in Form eines Behälters ausgebildet ist, der ein stückiges Gemisch enthält und einen elektrisch leitenden Teil aus Grafit enthält, durch den der Strom zugeführt wird, und daß die Wand des Behälters zur Kathode hin eine perforierte Abschirmung (66) aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (66) aus Grafit, Sinterkorund, Zirkoniumoxid und Sintermagnesia besteht.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter, in dem das stückige Gemisch aus Aluminiumoxid und Kohlenstoff enthalten ist, in einer mehrkammerigen Elektrolysezelle oder als Bipolarelektrode in einem mehrzelligen Elektrolyseaggregat angeordnet ist.
EP79100362A 1978-02-09 1979-02-08 Verfahren zur Gewinnung von Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse Expired EP0003598B1 (de)

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