JPS5837399B2 - デンカイソウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はホール氏法（Ｈａｌｌ ｐｒｏｃｅｓｓ）に
よりアルミニウム金属の製造において一般的に用いられ
ているような融解塩浴電解に用いる改良した型式の電解
槽に関する。

さらに、特定的に述べると、本発明は中程度または高い
電流密度において使用されるホール電解槽すなわち「ポ
ット」に用いられる炭素陽極の重要な配列の変更および
有効断面積の増大に関する。

陽極の配置の変更およびその横断面積の増大は消費電力
の実質的な節減ならびに所謂「金属パッド」の平坦化に
寄与する。

本文に用いている「金属パッド」なる用語は陰極を形成
する溶解した金属を意味するものである。

慣用的な電解によるアルミニウムの製造においては、い
くつかの既焼或陽極ブロックすなわち、陽極集或体（一
つの陽極集成体は複数個の陽極ブロックを含むことがで
きる）が電解槽すなわちポットの長さ方向に対向して２
列に各々の電解槽に配置されている。

１ポットあたりの陽極の正確な数および寸法は異なる設
備において広範囲に変化することができる。

アルミナすなわちアルミニウムを製造するための原料な
らびにその他の電解浴添加剤は、通常、２列の陽極の間
の「チャンネル」、すなわち、開放した空間、または１
列の陽極と電解槽、さらに特定的に述べると陰極凹部の
側壁との間の空間の中に供給される。

製品アルミニウムはこれらのチャンネルから取出される
。

これらのチャンネルは、通常浴成分の固化した外殻によ
って蔽われており、この外殼の下の融解浴にアルミナお
よびその他の添加剤を供給するときにはこの外殼を破壊
しなければならない。

現在用いられている方法では、屡々チャンネル空間を減
少させて融解浴からの「ドラグアウト」（ｄｒａｇ−ｏ
ｕｔ ）を減少させ、熱損失を減少しかつ浴或分の望ま
しくない揮発を最小限にとどめるとともに外殻を破壊す
るための労力を低減する努力が為されているが、これら
の従来技術では陽極の面積を増加することはできない。

本発明によるアルミニウム製造用の電解槽は、長辺と短
辺とを有するほぼ長方形の陰極凹部とこの陰極凹部中に
下向きに突出する複数個の既焼成陽極とを有し、これら
の陽極の各々はほぼ同一の寸法を有し且つ長辺と短辺と
を有するほぼ長方形の断面をなし、これらの陽極は陰極
凹部の長辺にほぼ平行に２列に配置され、これらの陽極
の大部分はその短辺が陰極凹部の長辺に平行になってお
り、残りの陽極はその長辺が陰極凹部の長辺に平行にな
っており、それによってアルミナや他の電解浴添加剤を
供給するための供給空間を形或し、この２列の陽極は前
述の空間以外は互に近接すると同時に陰極凹部の全周縁
とも近接しており、これによって陽極の表面積を効果的
に増加すると同時に、原料を供給しかつ製品を取り出す
ための十分な空間を維持することができる。

本発明を実施するに当り、陽極の総横断面積が陰極凹部
の横断面積の８５％以下とならないようにすることが好
ましい。

又、異なる寸法の陽極を用いて各陽極の間または各陽極
と隣接する電解槽壁との間の空間を減少させて陽極の表
面積を増加することも考えられるが、あるプラントにお
いては、一種類以上の寸法の陽極を用いることは経済面
から容認されないのでこの方法はあまり効果的ではない
ことにも留意すべきである。

以下、添付図面について本発明の実施例を説明する。

第１図に示した公知の電解槽装置においては、陰極凹部
１０が設けられている。

陰極凹部１０は横断面が長方形でありかつ短辺が該凹部
１０の長辺に平行に配置された１８個の陽極１２を有し
ている。

２列の陽極の間の空間１４は原料を電解槽中に供給しか
つ製品アルミニウムを取出すために用いられる。

第２図に示した本発明の実施例では、２列に配置された
１２個の陽極１６が示されている。

これらの陽極も同様に長方形の横断而を有している。

端末陽極以外の陽極はそれらの短辺が陰極凹部の長辺に
平行となるように配置されている。

端末陽極はそれらの長辺が陰極凹部の長辺に平行となり
各端部において原料を供給しかつ製品アルミニウムを取
出すための陽極間空間１８を残すように配置されている
。

第３図に示された公知の電解槽装置においては陽極１２
が互に近接して２列に配置され、電解槽の各々の長辺と
隣接する列との間に原料を供給しかつ製品アルミニウム
を取出すための側部チャンネル２０が設けられているこ
とを除いては、第１図に示した公知の電解槽装置と類似
している。

第４図に示した本発明の実施例では、第２図の実施例に
用いられたものと類似の陽極が配置され、大部分の陽極
の短辺が陰極凹部の長辺に平行に配置されている。

４個の中央部の陽極はそれらの長辺が陰極凹部の長辺に
平行となるように配置され、電解槽の各々の側に原料供
給および製品取出し用のチャンネル２２を残している。

本発明の概念に従って陽極を配置することにより、陽極
の有効横断面積が増大するのみならず原料供給ならびに
製品取出し領域すなわちチャンネルの大きさが、ポット
の全長にわたって外殻を破壊しなければならない慣用的
な陽極の配置の場合に比べて著しく減少されるので、こ
のチャンネルに生成する外殻を取り除く作業を実質的に
軽減することができる効果をも有する。

本発明による陽極の配置を使用することによる陽極表面
積の効果的な増大によって、陽極の電流密度は減少せし
められる。

したがって、本発明は現在の電流量において製造される
金属１ポンドについてより低いキロワット時で動作しう
るか、またはより増大した電流量、すなわち、製造され
る金属１ポンドあたりのキロワット時を増加させないで
金属製造量を増加させるように動作しうる、陽極電流密
度のより低い電解槽を構成するものということができる
。

前述したように、本発明によるアルミニウム還元電解槽
により非常に望ましい平坦な「金属パッド」が得られる
。

金属パッドは、一般に知られているように、陰極側壁の
浸食度を減少しかつかかる浸食をさらに均一にする助け
をする。

平坦な金属パッドは、また、陽極と陰極との間の距離の
制御ならびに適正化を容易ならしめる。

第一の理由は溶解浴の乱流の減少であり、第二の理由は
実質上単一レベル（ ｓｉｎｇｌｅ ｌｅｖｅｌ）の金
属のみが存在することである。

さらに一般的には、金属パンドの溶解表面はある程度湾
曲しているので、所定の電解槽において異なる陽極ブロ
ック、すなわち、陽極集成体の位置を個々に調節するこ
とが必要である。

前記の偏平性についての理由は複雑でありかつ十分に理
解されていない。

しかしながら、アルミニウム還元電解槽の陰極の周囲に
おける磁束が二つの対向する磁界、すなわち、強い垂直
方向の分力を有する陰極からの電流を受ける環状母線に
よって生じた磁界と、強い水平方向の分力を有する陽極
を通じて流れる電流によって生じた磁界とを合成したも
のであると信ぜられている。

特に、陽極によって生ずる磁束の配置ならびに強さが各
陽極の間隔の如何によって変化し、特に第１図に示すよ
うな中央チャンネルの存在如何によって変化するものと
信ぜられている。

第３図および第４図に示した型式の陽極の形態は、本来
、より平坦な金属パッドを得ることを目的とするもので
あり、以後説明する改良は特に第２図に関連するもので
ある。

陽極間のチャンネルを拡げることによって、磁束の垂直
方向分力はさらに強くなって、垂直方向分力自体が金属
パッドの「ヒーピンク］ （ｈｅａｐｉｎｇ）または「
ハンピングｊ （ｈｕｍｐｉｎｇ）を惹起する。

逆に、陽極が第２図に示すようにより近接して配置され
る場合には、陽極の周囲が強化され、そのために、恐ら
くは陰極の周囲の付近で垂直方向分力に対して反作用し
て、金属パッドを平坦にする。

固化した外殻の面積が小さいので、これをひんぱんに破
壊しても温度変化は小であり、かつ電流効率の改良につ
ながるより低い平均温度における操作を可能ならしめる
という付加的な利点をもたらす。

電解槽の比較的小さい領域中にアルミナおよびその他の
添加剤を供給することは、ホール電解槽における強力な
電磁気的攪拌作用のために分布または凝離に関する問題
を全く惹起させない。

ホール電解槽における攪拌作用は本発明を用いた電解槽
においては減少するが依然として浴添加剤の分布に対し
て十分な効果を持っている。

ここに提案した既焼成炭素陽極を用いる構造は、既焼成
陽極による操作に適合するように転換することによって
ソーダベルグ電極を用いた電解槽にも使用することがで
きる。

本発明は第２図および第４図に示した実施例に限定され
るものではなく、所望に応じて当業者により陽極を変型
しかつ図示の配置と異なる形態で配置しうろことは明ら
かである。

下記の実施例は種々の操作パラメータにおける慣用の電
解槽と本発明による電解槽との比較に基づいて上述した
利点を例示するために記載したものである。

実施例 横断面寸法１３５ＣｒＩＬＸ１２１ｃｒｒＬの１２個の
陽極を一般的な型式の電解槽中に第２図に示すように配
置した本発明の電解槽と、横断面寸法１１６ｃｒｒＬ×
８０ｃｒＩｌの１８個の陽極を同じような電解槽中に第
１図に示すように配置して両者を長時間にわたって連続
的に操作した。

この場合、本発明による陽極の有効面積は従来技術より
も１７％増加している。

又、陽極間の空間の量は約６５％減少した。この構或に
より陽極の有効面積が陰極凹部の横断面積の約７９．４
％から陰極凹部の横断面積の約９３％に増加した。

従来技術による電解槽および本発明の電解槽のそれぞれ
について、種々の操作パラメータに対する代表的な値を
比較すると下記のとおりである。

本発明に 従来技術 本発明 よる変化 （％） 動作電流（ＫＡ） １５１．１ １５１．８電流効
率 ８６，９ ８８．８ ＋２．１％ポットあたりの
千 ４、４５ ４．２７均電圧（ボノ叶） １日あたリポッ ト番０より製造さ １０５７ １０８５ ＋２．６
％れる正味のアル ミニウムの量一 正味のアルミニウ ム１即あたりの直 １５．２７ １４．３４ −６
．５％流キロワット時 正味炭素比 ０．４５ ０．４３ −４．７％浴の温
度（’Ｃ） ９７１ ９７３平均浴比 １．３
９ １．３９ 上記データから、本発明による電解槽を用いることによ
り、従来技術の陽極寸法および配置によって操作される
類似の電解槽を用いた場合と比較して下記の利点が得ら
れることが判明した。

（ａ） 電流密度を１４．２３％減少させることがで
きる。

（ｂ） 電流効率を２．１％減少させることができる
。

（Ｃ） 一日あたり１ポ゛ントにより生或されるアノ
レミニウムの量を２８Ｋｐ、すなわち、２．６％増加さ
せることかできる。

（ｄ） ＩＫＳｉ’のアルミニウムについて消費され
る直流キロワット時を６．５％減少させることができる
。

（ｅ） 正味炭素比を４．７％減少させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は電解槽に原料を供給しかつ製品アルミニウムを
取出すために２列の陽極の間に陽極間空間を有する従来
技術による電解槽の構成を示した図、第２図は本発明に
よる電解槽における陽極の一つの可能な配列を示した図
、第３図は電解槽に原料の供給および製品アルミニウム
取出し用側部チャンネルを有する他の従来技術による電
解槽の構成を示した図、第４図は本発明による陽極の他
の配列を示した図である。 １０・・・・・・陰極凹部、１２・・・・・・陽極、１
４・・・・・・陽極間の空間、１６・・・・・・陽極、
１８・・・・・・陽極間の空間、２０・・・・・・チャ
ンネル、２２・・・・・・チャンネル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 長辺と短辺とを有するほぼ長方形の陰極凹部と、該
   陰極凹部中に下向きに突出する複数個の既焼成陽極とを
   有するアルミニウム製造用電解槽において、前記陽極の
   各々はほぼ同一の寸法を有し且つ長辺と短辺とを有する
   ほぼ長方形の断面をなし、これらの陽極は前記陰極凹部
   の長辺にほぼ平行に２列に配置され、これらの陽極の大
   部分はその短辺が前記陰極凹部の長辺に平行になってお
   り、残りの陽極はその長辺が前記陰極凹部の長辺に平行
   になっており、それによってアルミナや他の電解浴添加
   剤を供給するための供給空間を形成し、前記２列の陽極
   は前記空間以外は互に近接すると同時に前記陰極凹部の
   全周縁とも近接している電解槽。