EP1233083A1 - Kohleboden einer Elektrolysezelle zur Gewinnung von Aluminium - Google Patents

Kohleboden einer Elektrolysezelle zur Gewinnung von Aluminium Download PDF

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EP1233083A1
EP1233083A1 EP01810150A EP01810150A EP1233083A1 EP 1233083 A1 EP1233083 A1 EP 1233083A1 EP 01810150 A EP01810150 A EP 01810150A EP 01810150 A EP01810150 A EP 01810150A EP 1233083 A1 EP1233083 A1 EP 1233083A1
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cell
carbon
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electrical resistance
center
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EP01810150A
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Jacques Antille
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3A Composites International AG
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Alcan Technology and Management Ltd
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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
    • C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes

Definitions

  • the invention relates to a coal bottom of an electrolysis cell for extraction of aluminum by melt flow electrolysis of aluminum oxide, the Carbon floor can be divided into individual cathode elements and the carbon floor or the cathode elements are electrically conductive with the side of the electrolytic cell led out current bar are connected.
  • the invention has for its object a coal floor of the aforementioned Way to create the flow of electricity through the cell without elaborate routing of conductor rails approximates the ideal current profile can be.
  • the coal floor of the middle of the cell to the edge of the cell in the direction of the current bar in vertical Has increasing electrical resistance direction.
  • the different electrolytic resistance of the coal floor in the z direction depending on the distance to the center of the cell causes the current due to the fact that the cathode bottom rests during operation of the electrolytic cell liquid aluminum can be approximated to the ideal vertical direction, whereby the horizontal current component decreases greatly and ideally even disappears.
  • the coal floor according to the invention therefore enables one Increase in the electrical current flow in the cell, which is an increase in the Production equals.
  • the carbon floor or the individual cathode elements can be in layers divided and the layers strung together in the direction of the current bar be, the individual layers from the center of the cell to the edge of the cell have increasing electrical resistance in the vertical direction.
  • the coal floor according to the invention or the individual cathode elements point from the center of the cell to the Cell wall continuously in the direction of the current bar in the vertical direction and steadily increasing electrical resistance.
  • An electrolytic cell 10 shown in FIG. 1 for the production of aluminum by melt flow electrolysis of alumina exhibits one with a refractory and heat-insulating masonry 14 lined steel tub 12.
  • On the masonry 14 at the bottom of the steel tub 12 are cathode elements 16 arranged in the form of coal blocks. The at the side joints The resulting gaps of the individual cathode elements are used for production good thermal and electrical conductivity of the connection point adjacent cathode elements 16 in a known manner with a Sealed contact mass, so that all sides thermally and electrically well conductive cathode or carbon base 18 is formed.
  • the side walls 20 exist from individual blocks of a coal mass and lie on the masonry 14 of the steel tub 12.
  • the electrolytic cell 10 essentially has one rectangular plan with a horizontal longitudinal direction x, one rectangular to this horizontal horizontal direction y and one on the by the Directions x, y defined plane vertical vertical direction z.
  • the Coal base 18 is supported by current conducting or cathode bars running in the y direction 22 contacted.
  • the bars 22 are in the middle of the coal floor 18 separated.
  • the cathode bars 22 can, however, also from Side wall to side wall of the steel tub 12 be continuous.
  • the coal floor 18 can be designed in different ways.
  • the cathode elements 16 can, for example, with regard to their shape and extent in the x and y directions vary, or the coal floor 18 can also consist of a single one Block exist.
  • the individual cathode elements 16 have a groove 24 on.
  • the cathode bar 22 is in the grooves 24 via a cast iron jacket 26 poured from strung cathode elements 16.
  • the connection between cathode bars 22 and cathode elements 16 can of course can also be carried out in other ways, for example by gluing with an electrically and thermally conductive contact mass.
  • the electrolysis cell 10 is on during operation the coal floor 18 a layer 28 of liquid aluminum.
  • a cryolite melt 30 with dissolved therein Alumina.
  • Carbon anodes 32 dip into the cryolite melt 30 from above on.
  • the carbon anodes 32 are anchored in these anode rods 34 on a not shown, extending in the longitudinal direction x of the electrolytic cell 10 Traverse attached.
  • it forms on the cryolite melt 30 a crust 36 of solidified cryolite.
  • the crust 36 is from Broken up from time to time to supply alumina to the cryolite melt.
  • the liquid that collects as a layer 28 on the coal floor 18 Aluminum is also used from time to time, for example via a siphon removed from the electrolytic cell 10 by means of vacuum.
  • the cathode bar 22 has a height h K
  • the carbon floor 18 arranged above it has a height h B
  • U 0 means the electrical potential at the aluminum / carbon floor contact surface
  • U (y) the electrical potential at the carbon floor / cathode bar interface which is dependent on the electrical conductivity of the carbon floor in the z direction from the cell center to the cell edge in the direction y of the cathode bars 18.
  • L designates half the width of the coal floor 18 in the y direction.
  • the cathode elements 16 or the carbon base 18 made therefrom is characterized by its electrical conductivity.
  • the manufacturers of the cathode elements define the conductivity in the extrusion direction accordingly the y-direction and in the directions x and z perpendicular to it.
  • the conductivity values are shown in all directions for all cathode elements 16 the same. This condition leads to a in the y-direction against the side wall 20 of the electrolytic cell 10 increased current flow. 5, the current distribution is in a two-dimensional Model calculation assuming a constant conductivity on all sides of the coal floor 18 represented by arrows 38. Are clearly recognizable here the horizontal power components.
  • the model calculation shows that in order to achieve a vertical current flow through the layer 28 of liquid aluminum and through the carbon base 18 or the cathode elements 16 in the vertical z direction, the electrical resistance, which is equivalent to the inverse value of the electrical conductivity, has a quadratic course depending on the distance from the center of the electrolytic cell 10 in the direction y against the side wall 20 must show an essentially square profile.
  • the constants ⁇ 0 and ⁇ 1 which are included in the formula for ⁇ B depend on the geometric parameters of the carbon floor 18 or the cathode elements 16 and the cathode bar 22 and on the electrical conductivity of the cathode bar 22.
  • FIG. 6 shows the values for the electrical resistance ⁇ B in the z direction determined by the model calculation for the carbon floor 18 as a function of the distance from the center of the cell M to the side edge in the y direction.
  • the model calculation gives the current distribution, illustrated in FIG. 7 by arrows 38, through a cathode base 18 with variable conductivity in the y direction. It can be clearly seen that the current runs much more vertically than in the case of a conventional cathode base shown in FIG. 5. In fact, the horizontal current flow is about ten times weaker than when using carbon floors according to the prior art with constant conductivity in the y direction.
  • FIG. 8 shows a possible embodiment of a carbon base 18 with the electrical resistance increasing in the z direction from the cell center M towards the cell edge in the direction y of the cathode bars 22 in accordance with the values shown in FIG. 6.
  • the coal floor 18 is made up of individual layers S 1 to S 10 which run in the longitudinal direction x and abut one another laterally in the y direction.
  • Each of these layers or blocks has an electrical resistance ⁇ B in the z direction, corresponding to its distance from the cell center M, which has been calculated for this position and is shown in FIG.
  • the electrical resistance ⁇ B of the individual layers or blocks S 1 to S 10 is thus constant for each layer or for each block, but varies from layer to layer or from block to block.
  • the individual layers or blocks can, for example, be glued to one another in a known manner.
  • the individual layers S 1 to S 10 in the longitudinal direction x of the carbon base 18 can also be divided into cathode elements 16 of shorter dimensions.
  • ten layers S 1 to S 10 are shown in FIG. 8 from the cell center M to the cell edge, a model calculation has shown that the desired current distribution according to FIG. 7 already has five layers or blocks with different electrical Resistance ⁇ B is sufficient to achieve practically the same positive results as with a division into ten layers.
  • the use of just five layers allows the individual blocks to be manufactured more easily and also leads to less expensive production.
  • the individual Cathode elements 16 also one in the extrusion or y direction of the cell center M to the cell edge continuously increasing electrical resistance exhibit.
  • the coal floor 18 can thus be inexpensive also in one piece with a continuous from the cell center M to the cell edge and steadily increasing electrical resistance.

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Abstract

Ein Kohleboden (18) einer Elektrolysezelle zur Gewinnung von Aluminium durch Schmelzflusselektolyse von Aluminiumoxid ist elektrisch leitend mit seitlich aus der Elektrolysezelle herausgeführten Stromleitbarren (22) verbunden. Der Kohleboden (18) weist von der Zellenmitte (M) zum Zellenrand einen in Richtung (y) der Stromleitbarren (22) in vertikaler Richtung (z) zunehmenden elektrischen Widerstand auf. Hierbei kann der Kohleboden (18) in Schichten (S1 bis S10) mit in vertikaler Richtung (z) unterschiedlichem elektrischen Widerstand aufgeteilt und die Schichten in Richtung (y) der Stromleitbarren (22) aneinandergereiht sein. Durch den Kohleboden mit variablem elektrischen Widerstand kann der metallohydrodynamische Gleichgewichtszustand entscheidend beeinflusst werden, was zu einer verbesserten Stromausbeute und zu einer erhöhten Lebensdauer der Zelle führt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Kohleboden einer Elektrolysezelle zur Gewinnung von Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse von Aluminiumoxid, wobei der Kohleboden in einzelne Kathodenelemente unterteilt sein kann und der Kohleboden bzw. die Kathodenelemente elektrisch leitend mit seitlich aus der Elektrolysezelle herausgeführten Stromleitbarren verbunden sind.
Für die Gewinnung von Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse von Aluminiumoxid wird dieses in einer Fluoridschmelze gelöst, die zum grössten Teil aus Kryolith besteht. Das kathodisch abgeschiedene Aluminium sammelt sich unter der Fluoridschmelze auf dem Kohleboden der Zelle, wobei die Oberfläche des flüssigen Aluminiums die Kathode bildet. In die Schmelze tauchen von oben Anoden ein, die bei konventionellen Verfahren aus amorphem Kohlenstoff bestehen. An den Kohleanoden entsteht durch die elektrolytische Zersetzung des Aluminiumoxids Sauerstoff, der sich mit dem Kohlenstoff der Anoden zu CO2 und CO verbindet. Die Elektrolyse findet in einem Temperaturbereich von etwa 940 bis 970°C statt.
Bei einer Elektrolysezelle mit einem Kohleboden nach dem Stand der Technik wird der von den Anoden durch die Elektrolytschmelze, das flüssige Aluminium und den Kohleboden zu den kathodischen Stromleitbarren fliessende elektrische Strom aus seiner idealen vertikalen Richtung abgelenkt und erhält eine in Richtung der Stromleitbarren gegen die Zellenwand hin gerichtete horizontale Komponente. Das entstehende Magnetfeld führt zu einer starken Strömung im Metall, verbunden mit einer Wölbung der Metalloberfläche, die gegen den Zellenrand stark heruntergezogen wird. Bis heute hat man versucht, das Magnetfeld durch gezielte Stromschienenführungen ausserhalb der Elektrolysewanne zu kompensieren und damit den Stromfluss zu optimieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kohleboden der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem der Stromfluss durch die Zelle auch ohne aufwendige Führung von Stromleitschienen dem idealen Stromverlauf angenähert werden kann.
Zur erfindungsgemässen Lösung der Aufgabe führt, dass der Kohleboden von der Zellenmitte zum Zellenrand einen in Richtung der Stromleitbarren in vertikaler Richtung zunehmenden elektrischen Widerstand aufweist.
Der unterschiedliche elektrolytische Widerstand des Kohlebodens in z-Richtung in Abhängigkeit von der Distanz zur Zellenmitte führt dazu, dass der Strom durch das beim Betrieb der Elektrolysezelle dem Kathodenboden aufliegende flüssige Aluminium der idealen vertikalen Richtung angenähert werden kann, wodurch die horizontale Stromkomponente stark abnimmt und im Idealfall sogar verschwindet. Der erfindungsgemässe Kohleboden ermöglicht demzufolge eine Erhöhung des elektrischen Stromflusses in der Zelle, was einer Erhöhung der Produktion gleichkommt.
Ein praktisch idealer Stromfluss ergibt sich dann, wenn der elektrische Widerstand von der Zellenmitte zum Zellenrand der Funktion ρB = ρ0 + ρ1 x y2 angenähert ist, wobei ρ0 und ρ1 Konstanten sind und y den Abstand von der Zellenmitte bedeutet.
Der Kohleboden bzw. die einzelnen Kathodenelemente können in Schichten aufgeteilt und die Schichten in Richtung der Stromleitbarren aneinandergereiht sein, wobei die einzelnen Schichten von der Zellenmitte zum Zellenrand einen in vertikaler Richtung zunehmenden elektrischen Widerstand aufweisen. Bei einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemässen Kohlebodens bzw. der einzelnen Kathodenelemente weisen diese von der Zellenmitte zu der Zellenwand einen in Richtung der Stromleitbarren in vertikaler Richtung kontinuierlich und stetig ansteigenden elektrischen Widerstand auf.
Das für die Bewegung der flüssigen Phasen in einer Elektrolysezelle zur Herstellung von Aluminium verantwortliche Kraftfeld ergibt sich aus dem vektoriellen Produkt der Stromdichte und dem Magnetfeld. Mit dem Einsatz eines erfindungsgemässen Kohlebodens wird der horizontale Stromfluss reduziert, wodurch auch das Kraftfeld abnimmt. Dadurch ergeben sich viel schwächere Bewegungen in den flüssigen Phasen, d.h. die Geschwindigkeiten im flüssigen Aluminium und im Elektrolytbad nehmen stark ab, was die Leistung und die Lebensdauer der Elektrolysezelle positiv beeinflusst.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt schematisch in
  • Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Elektrolysezelle;
  • Fig. 2 eine Schrägsicht auf die teilweise geschnittene Kathodenwanne der Elektrolysezelle von Fig. 1;
  • Fig. 3 ein Detail von Fig. 2 in vergrösserter Darstellung;
  • Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch eine halbe Elektrolysezelle für eine analytische Modellrechnung;
  • Fig. 5 die bildliche Darstellung des Stromflusses durch die Elektrolysezelle von Fig. 4 mit einem Kohleboden nach dem Stand der Technik nach einer Modellrechnung;
  • Fig. 6 die Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes eines erfindungsgemässen Kohlebodens in z-Richtung in Abhängigkeit von der Distanz zur Zellenmitte in y-Richtung;
  • Fig. 7 die bildliche Darstellung des Stromflusses durch eine Elektrolysezelle gemäss Fig. 4 mit einem Kohleboden mit variablem elektrischen Widerstand in z-Richtung von der Zellenmitte in y-Richtung gemäss Fig. 6;
  • Fig. 8 ein aus mehreren Schichten mit unterschiedlichem elektrischen Widerstand in z-Richtung gemäss Fig. 6 aufgebauter Kohleboden.
Eine in Fig. 1 dargestellte Elektrolysezelle 10 zur Gewinnung von Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse von Aluminiumoxid weist eine mit einem feuerfesten und wärmeisolierenden Mauerwerk 14 ausgekleidete Stahlwanne 12 auf. Auf dem Mauerwerk 14 am Boden der Stahlwanne 12 sind Kathodenelemente 16 in der Form von Kohleblöcken angeordnet. Die an den seitlichen Stossstellen der einzelnen Kathodenelemente entstehenden Spalten werden zur Herstellung einer guten thermischen und elektrischen Leitfähigkeit der Verbindungsstelle benachbarter Kathodenelemente 16 auf bekannte Weise mit einer Kontaktmasse abgedichtet, so dass ein allseitig thermisch und elektrisch gut leitender Kathoden- oder Kohleboden 18 entsteht. Die Seitenwände 20 bestehen aus einzelnen Blöcken aus einer Kohlenmasse und liegen dem Mauerwerk 14 der Stahlwanne 12 an.
Wie in Fig. 2 dargestellt, hat die Elektrolysezelle 10 einen im wesentlichen rechteckigen Grundriss mit einer horizontalen Längsrichtung x, einer rechtwinklig zu dieser stehenden horizontalen Querrichtung y und einer auf der durch die Richtungen x, y definierten Ebene senkrecht stehenden Vertikalrichtung z. Der Kohleboden 18 wird von in y-Richtung verlaufenden Stromleit- oder Kathodenbarren 22 kontaktiert. Im vorliegenden Beispiel sind die Barren 22 in der Mitte des Kohlebodens 18 getrennt. Die Kathodenbarren 22 können jedoch auch von Seitenwand zu Seitenwand der Stahlwanne 12 durchgehend sein. Ebenso kann der Kohleboden 18 verschiedenartig ausgebildet sein. Die Kathodenelemente 16 können beispielsweise bezüglich ihrer Form und Ausdehnung in x- und y-Richtung variieren, oder der Kohleboden 18 kann auch aus einem einzigen Block bestehen.
Wie in Fig. 3 gezeigt, weisen die einzelnen Kathodenelemente 16 eine Nut 24 auf. Der Kathodenbarren 22 ist über einen Gusseisenmantel 26 in die Nuten 24 von aneinandergereihten Kathodenelementen 16 eingegossen. Die Verbindung zwischen Kathodenbarren 22 und Kathodenelementen 16 kann selbstverständlich auch auf andere Weise durchgeführt werden, beispielsweise durch Verklebung mit einer elektrisch und thermisch leitenden Kontaktmasse.
Wie in Fig. 1 dargestellt, befindet sich beim Betrieb der Elektrolysezelle 10 auf dem Kohleboden 18 eine Schicht 28 aus flüssigem Aluminium. Über dieser Aluminiumschicht befindet sich eine Kryolithschmelze 30 mit darin gelöstem Aluminiumoxid. Von oben tauchen Kohleanoden 32 in die Kryolithschmelze 30 ein. Die Kohleanoden 32 sind mittels in diesen verankerten Anodenstangen 34 an einer nicht gezeigten, in Längsrichtung x der Elektrolysezelle 10 verlaufenden Traverse befestigt. Während der Elektrolyse bildet sich auf der Kryolithschmelze 30 eine Kruste 36 aus erstarrtem Kryolith. Die Kruste 36 wird von Zeit zu Zeit aufgebrochen, um der Kryolithschmelze 30 Aluminiumoxid zuzuführen. Das sich als Schicht 28 auf dem Kohleboden 18 ansammelnde flüssige Aluminium wird ebenfalls von Zeit zu Zeit, beispielsweise über einen Saugheber mittels Vakuum, aus der Elektrolysezelle 10 entfernt.
In dem in Fig. 4 schematisch dargestellten halben Querschnitt durch die Elektrolysezelle 10 in y-Richtung zeigt den Kathodenbarren 22 mit einer Höhe hK, den darüber angeordneten Kohleboden 18 einer Höhe hB und die dem Kohleboden 18 aufliegende Schicht 28 aus flüssigem Aluminium. U0 bedeutet das elektrische Potential an der Kontaktfläche Aluminium / Kohleboden, U(y) das von der elektrischen Leitfähigkeit des Kohlebodens in z-Richtung von der Zellenmitte zum Zellenrand in Richtung y der Kathodenbarren 18 abhängige elektrische Potential an der Grenzfläche Kohleboden / Kathodenbarren. Mit L ist die halbe Breite des Kohlebodens 18 in y-Richtung bezeichnet.
Die Kathodenelemente 16 bzw. der daraus hergestellte Kohleboden 18 ist durch seine elektrische Leitfähigkeit charakterisiert. Die Hersteller der Kathodenelemente definieren die Leitfähigkeit in der Extrusionsrichtung entsprechend der y-Richtung sowie in den dazu senkrecht stehenden Richtungen x und z. Bei einem konventionellen Kohleboden 18 sind die genannten Leitfähigkeitswerte in allen Richtungen für sämtliche Kathodenelemente 16 gleich. Diese Bedingung führt zu einem in y-Richtung gegen die Seitenwand 20 der Elektrolysezelle 10 verstärkten Stromfluss. In Fig. 5 ist die Stromverteilung in einer zweidimensionalen Modellrechnung unter der Annahme einer allseits konstanten Leitfähigkeit des Kohlebodens 18 durch Pfeile 38 dargestellt. Gut erkennbar sind hierbei die horizontalen Stromkomponenten.
Unter der Annahme, dass der elektrische Strom in der Schicht 28 aus flüssigem Aluminium und im Kohleboden 18 bzw. in den Kathodenelementen 16 vertikal in z-Richtung und in den Stromleit- oder Kathodenbarren 22 horizontal in y-Richtung verläuft, führt eine Modellrechnung zu folgendem Ergebnis: ρB = ρ0 + ρ1 x y2 Hierbei gilt ρ0 = f(hB, L, hK, σK) ρ1 = f(hB, hk,σK) ρ1 = 12 x σK x hK x hB Die verwendeten Parameter bedeuten
ρB
elektrischer Widerstand des Kohlebodens 18 bzw. der Kathodenelemente 16 in z-Richtung
ρ0, ρ1
Konstanten
hB
Höhe des Kohlebodens 18 bzw. der Kathodenelemente 16
hK
Höhe des Kathodenbarrens 22
L
Distanz des Kohlebodens 18 bzw. der Kathodenelemente 16 von der Zellenmitte zum Zellenrand
σK
elektrische Leitfähigkeit der Stromleit- oder Kathodenbarren 22
ρ0 und ρ1 sind Funktionen in Abhängigkeit der in Klammern gesetzten Parameter. Da die elektrischen Eigenschaften der Stromleit- oder Kathodenbarren 22 gegeben sind, sind somit die Konstanten ρ0, ρ1 eindeutig bestimmt.
Die Modellrechnung zeigt, dass zur Erzielung eines vertikalen Stromflusses durch die Schicht 28 aus flüssigem Aluminium und durch den Kohleboden 18 bzw. die Kathodenelemente 16 in vertikaler z-Richtung der elektrische Widerstand, der gleichbedeutend ist mit dem inversen Wert der elektrischen Leitfähigkeit, einen quadratischen Verlauf in Abhängigkeit von der Distanz von der Mitte der Elektrolysezelle 10 in Richtung y gegen die Seitenwand 20 einen im wesentlichen quadratischen Verlauf zeigen muss. Die Konstanten ρ0 und ρ1 die in die Formel für ρB eingehen, sind abhängig von den geometrischen Parametern des Kohlebodens 18 bzw. der Kathodenelemente 16 und des Kathodenbarrens 22 sowie von der elektrischen Leitfähigkeit des Kathodenbarrens 22.
Fig. 6 zeigt die durch die Modellrechnung ermittelten Werte für den elektrischen Widerstand ρB in z-Richtung für den Kohleboden 18 als Funktion des Abstandes von der Zellenmitte M zum Seitenrand in Richtung y. Unter der Annahme dieser quadratischen Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes von der Zellenmitte M zum Zellenrand ergibt die Modellrechnung die in Fig. 7 wiederum durch Pfeile 38 bildlich dargestellte Stromverteilung durch einen Kathodenboden 18 mit variabler Leitfähigkeit in y-Richtung. Es ist deutlich erkennbar, dass der Strom sehr viel vertikaler verläuft als bei einem in Fig. 5 dargestellten konventionellen Kathodenboden. Tatsächlich ist der horizontale Stromfluss etwa zehn Mal schwächer als bei Verwendung von Kohleböden nach dem Stand der Technik mit konstanter Leitfähigkeit in y-Richtung.
Fig. 8 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines Kohlebodens 18 mit in z-Richtung von der Zellenmitte M gegen den Zellenrand in Richtung y der Kathodenbarren 22 entsprechend den in Fig. 6 gezeigten Werten zunehmendem elektrischen Widerstand. Im gezeigten Beispiel ist der Kohleboden 18 aus einzelnen, in Längsrichtung x verlaufenden und seitlich in y-Richtung einander anliegenden Schichten S1 bis S10 aufgebaut. Jede dieser Schichten oder Blöcke weist in z-Richtung entsprechend ihrer Distanz zur Zellenmitte M einen für diese Position rechnerisch ermittelten und in Fig. 6 dargestellten elektrischen Widerstand ρB auf. Der elektrische Widerstand ρB der einzelnen Schichten oder Blöcke S1 bis S10 ist somit für jede Schicht bzw. für jeden Block konstant, variiert jedoch von Schicht zu Schicht bzw. von Block zu Block. Die einzelnen Schichten oder Blöcke können beispielsweise auf bekannte Weise miteinander verklebt sein. Selbstverständlich können die einzelnen Schichten S1 bis S10 in Längsrichtung x des Kohlebodens 18 auch in Kathodenelemente 16 von kürzerer Dimension unterteilt sein. Obschon in Fig. 8 von der Zellenmitte M zum Zellenrand zehn Schichten S1 bis S10 mit jeweils unterschiedlichem elektrischen Widerstand ρB dargestellt sind, hat eine Modellrechnung gezeigt, dass die gewünschte Stromverteilung gemäss Fig. 7 bereits mit fünf Schichten oder Blökken mit unterschiedlichem elektrischen Widerstand ρB ausreichen, um praktisch zu denselben positiven Ergebnissen zu gelangen wie bei einer Aufteilung in zehn Schichten. Der Einsatz von bloss fünf Schichten erlaubt eine einfachere Herstellung der einzelnen Blöcke und führt auch zu einer kostengünstigeren Herstellung.
Bei einer alternativen Ausführungsform des Kohlebodens 18 können die einzelnen Kathodenelemente 16 auch einen in der Extrusions- bzw. y-Richtung von der Zellenmitte M zum Zellenrand kontinuierlich ansteigenden elektrischen Widerstand aufweisen. Der Kohleboden 18 kann somit auf kostengünstige Weise auch einstückig mit einem von der Zellenmitte M zum Zellenrand kontinuierlich und stetig ansteigenden elektrischen Widerstand hergestellt werden.
Zur Erzielung eines Kohlebodens mit variablem elektrischen Widerstand gibt es verschiedene Herstellungsmöglichkeiten. Diese reichen von der Auswahl spezifisch zusammengesetzter Kohlemasse aus Kohlenstoff oder Graphit bis hin zur unterschiedlichen Beimengung von Zuschlagstoffen.

Claims (4)

  1. Kohleboden einer Elektrolysezelle (10) zur Gewinnung von Aluminium durch Schmelzflusselektrolyse von Aluminiumoxid, wobei der Kohleboden (18) in einzelne Kathodenelemente (16) unterteilt sein kann und der Kohleboden (18) bzw. die Kathodenelemente (16) elektrisch leitend mit seitlich aus der Elektrolysezelle (10) herausgeführten Stromleitbarren (22) verbunden sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Kohleboden (18) von der Zellenmitte (M) zum Zellenrand einen in Richtung (y) der Stromleitbarren (22) in vertikaler Richtung (z) zunehmenden elektrischen Widerstand (ρB) aufweist.
  2. Kohleboden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Widerstand (ρB) von der Zellenmitte (M) zum Zellenrand der Funktion ρB = ρ0 + ρ1 x y2 angenähert ist, wobei ρ0 und ρ1 Konstanten sind und y den Abstand von der Zellenmitte (M) bedeutet.
  3. Kohleboden nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohleboden (18) bzw. die einzelnen Kathodenelemente (16) in Schichten (S1 bis S10) aufgeteilt und die Schichten (S1 bis S10) in Richtung (y) der Stromleitbarren (22) aneinandergereiht sind, wobei die einzelnen Schichten (S1 bis S10) von der Zellenmitte (M) zum Zellenrand einen in vertikaler Richtung (z) zunehmenden elektrischen Widerstand (ρB) aufweisen.
  4. Kohleboden nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohleboden (18) bzw. die einzelnen Kathodenelemente (16) von der Zellenmitte (M) zum Zellenrand einen in Richtung (y) der Stromleitbarren (22) in vertikaler Richtung (z) kontinuierlich und stetig ansteigenden elektrischen Widerstand (ρB) aufweisen.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003056068A2 (de) * 2001-12-28 2003-07-10 Sgl Carbon Ag Graphitierte kathodenblöcke
WO2003056069A1 (de) * 2001-12-28 2003-07-10 Sgl Carbon Ag Verfahren zum graphitieren von kathodenblöcken
WO2013068485A1 (de) * 2011-11-09 2013-05-16 Sgl Carbon Se Elektrolysezelle, insbesondere zur herstellung von aluminium, mit einer wannenförmigen kathode
EP2650404A1 (de) * 2012-04-12 2013-10-16 SGL Carbon SE Elektrolysezelle, insbesondere zur Herstellung von Aluminium
WO2014088944A1 (en) * 2012-12-03 2014-06-12 The Regents Of The University Of California Devices, systems and methods for coating surfaces

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014091023A1 (de) 2012-12-13 2014-06-19 Sgl Carbon Se Seitenstein für eine wand in einer elektrolysezelle zur reduzierung von aluminum

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2786024A (en) * 1953-04-16 1957-03-19 Elektrokemisk As Arrangement of cathode bars in electrolytic pots
US3787311A (en) * 1970-12-12 1974-01-22 Giulini Gmbh Geb Cathode for the winning of aluminum
FR2789092A1 (fr) * 1999-02-02 2000-08-04 Carbone Savoie Cathode graphique pour l'electrolyse de l'aluminium

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2786024A (en) * 1953-04-16 1957-03-19 Elektrokemisk As Arrangement of cathode bars in electrolytic pots
US3787311A (en) * 1970-12-12 1974-01-22 Giulini Gmbh Geb Cathode for the winning of aluminum
FR2789092A1 (fr) * 1999-02-02 2000-08-04 Carbone Savoie Cathode graphique pour l'electrolyse de l'aluminium

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003056068A2 (de) * 2001-12-28 2003-07-10 Sgl Carbon Ag Graphitierte kathodenblöcke
WO2003056069A1 (de) * 2001-12-28 2003-07-10 Sgl Carbon Ag Verfahren zum graphitieren von kathodenblöcken
WO2003056068A3 (de) * 2001-12-28 2004-09-30 Sgl Carbon Ag Graphitierte kathodenblöcke
WO2013068485A1 (de) * 2011-11-09 2013-05-16 Sgl Carbon Se Elektrolysezelle, insbesondere zur herstellung von aluminium, mit einer wannenförmigen kathode
EP2650404A1 (de) * 2012-04-12 2013-10-16 SGL Carbon SE Elektrolysezelle, insbesondere zur Herstellung von Aluminium
WO2013153053A1 (en) * 2012-04-12 2013-10-17 Sgl Carbon Se Electrolysis cell, in particular for the production of aluminum
RU2630114C2 (ru) * 2012-04-12 2017-09-05 Сгл Карбон Се Электролизер, в частности, для получения алюминия
US10801118B2 (en) 2012-04-12 2020-10-13 Tokai Cobex Gmbh Electrolysis cell, in particular for the production of aluminum
WO2014088944A1 (en) * 2012-12-03 2014-06-12 The Regents Of The University Of California Devices, systems and methods for coating surfaces
US9903035B2 (en) 2012-12-03 2018-02-27 The Regents Of The University Of California Devices, systems and methods for coating surfaces

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