JPS586990A - 電解還元槽 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶融電解質の電解により溶融状の金属を製造す
る還元槽の構造に関する。

電解還元槽で実施される方法の一つの公知例に於て、ア
ルミニウムが融合弗化物電解質に於けるアルミナの電解
により製造され、本発明はこの後その方法に関連して説
明されるが、同様の問題を伴なう同様の電解還元方法が
実施される電解還元槽に応用しうるものである。

従来のアルミニウム製造用電解還元槽に於て、製品金属
より密度の小さい溶融電解質が供給材料の凍結クラスト
の下に含まれる。槽の陰極は電解質の下に位置し、通常
槽の床で構成される。製品金属は槽の底に集まり、多く
の場合槽の有効陰τ本である。製品金属はクラスト中に
あげた穴を通して挿入されたサイフオン管により実施さ
れる金属タップ操作により間隔をおいて槽から取出され
る。

従来の電解還元槽で経験した一つの欠点は溶融金属を通
して且つ槽に連結した電導体を通して流れる非常に高い
電流に関連する電磁力が溶融金属に波動をひき起す事で
ある。このような波動の実際的影響は陽極と溶融金属の
間の接合による槽の間欠的短絡を避けるため、陽極と陰
極の基準位置（溶融金属の上面の名目高゛さ）の間の距
離を理論上必要とするよりも大きく保つ事が必要な事で
ある。従来の電解還元槽に必要な陽極／陰極の間の距離
を使用する結果、槽の電解質の抵抗を上回るのにほぼ比
例して動力入力を浪費し、槽が陽極と陰極の間の距離を
より短かくして操作できれば非常に大きいエネルギーの
節約が達成される事がわかった。

、１゛Ｌ１ この型の従来の電解還元槽に於ては、槽の床は長方形で
、炭素塊で形成され、その中で槽から延長する横スチー
ルコレクタバーが炭素と電気接続関係に埋込まれている
。電極電流は溶融金属中外方に槽の側壁へ流れる傾向が
ある。溶融金属が陰極床ブロックの中央領域を通って下
方に且つ槽の中心領域からコレクタバーの長さにわたっ
て外側に延長する通路よりも抵抗の低い電流通路を備え
るからである。磁力を生じ、溶融金属に循環運動と波動
を生ずるのは槽に存在する電磁力を備えた陰極電流のこ
れら大きな水平構成要素の反作用である。

本発明の目的は溶融金属の陰極電流の水平構成要素を相
当減らし、同時に波動と金属の循環を制限するように電
解還元槽を構成する事である。

コレクタバー装置を特殊に構成して、陰極電流の水平構
成要素を減らす事は、例えば米国特許第４．１９４，９
５９号明細書に記載された装置により公知である。

本発明により備えられた構造はこのような特殊な構造に
代えて、或いはそれに補足して使用されるものである。

本発明はその最も広い様相に於て、槽の床に非電導障壁
部材を提供するもので、この障壁部材（弧それらが槽の
床から溶融アルミニウムの最大高さくタッピング直前の
溶融アルミニウムの高さ）に近接する高さに上方へ延長
するように構成されている。非電導障壁部材は溶融金属
中の水平電流を減らし、又障壁部材の横方向の電崖ｌ溶
融金属の流れを阻止する調節壁として作用する。本文に
関して、非電導という語はスチールコレクタバー（〉１
２μΩｍ）よりも若干電気抵抗の高いどんな材料にも適
用しうるもので、障壁がこのような材料から作られると
、水平電流をアルミニウムプールからスチールコレクタ
バーに効果的に移動するものである。

多くの場合、障壁部材は長方形セルの長手方向に延長し
て、コレクタバーと平行に外側に流れる水平電流分力を
減らすように構成される。この場合、幾つかの障壁部材
を槽の長軸と平行に、従って電流の流れ方向に対して横
に構成する。隣接した障壁部材は２Ｏ−１００ｃｒｎの
幅の距離だけ間隔をおくのが適当で、個々の障壁部材の
厚さは好ましくは５−２５ｃＩｎの幅である。

障壁部材は好ましくは槽の長さ全体に延長しているが、
槽の端壁より若干短く、陽極シャドー領域の端縁の外方
に隣接した位置で終端してもよい。

一つ又はそれ以上の位置で横方向に延長する障壁部材を
備えて、溶融金属中の縦方向水平電流成分を減らし、又
溶融金属中の縦方向波動を減らすのが望ましい。或いは
特願昭５７−　　　　　最明　−組番に記載されたよう
な動力吸収横方向延長調節壁部材を少なくとも槽の側壁
に隣接する障壁部材の外側対の間及び／又は外側障壁部
材と槽の壁の間に位置させるのが望ましい。

縦方向波動が溶融金属に存在し、槽の一端へ溶融金属を
より深く導く所では、縦方向に同様に水平電流成分があ
る。この電流の減少と縦方向波動゛の減少は好ましくは
槽の全幅に延長する。横方向不良導体錘壁を使用する事
により達成される。・障壁部材は少七ともその長さに垂
直な方向に非電導性で、その主要機能を果す。それらは
又溶融アルミニウムによる侵攻に対し抵抗性があるＢ、
５が要求され、又好ましくは槽に使用された溶融′二腑
質による侵攻に対し抵抗性である。障壁部材は非電導性
コアと簿い表面保護被覆で形成され、被覆それ自身は電
導性でよいが、障壁の横に大きな電流漏出を備えるには
不十分である。かくして、障壁部材はアルミナコアにＴ
ｉ　Ｂ２又は炭化チタン或いは窒化チタンのような他の
保護材料の薄い保護層を被覆したものでよい。

英国特許第２０６９５３０号明細書に於て、溶融金属陰
極層に電導性、抵抗性セラミック材料で形成された型の
充填ベッドを使用して、電解還元槽に於ける金属流を緩
和するのは既に公知である。

Ｔｉ、Ｂ２　　↓ラミック型又は他の構成のセラミック
型のセラミック型充填ベッドが本発明の非電導性障壁と
共に使用する事ができ、このベッドは障壁（又はその部
分）の間に構成される。好ましくは□ セラミック型のベッドの頂部は槽の溶融アルミ＝　　　
　　　　　ｌｔ’＋”ラムの最小高さくタッピングの後
のレベル）にほぼ構成され、個々のセラミック型は槽の
作動の間溶融アルミニウムに殆ど完全に浸される。

充填ベッドの頂部と障壁の頂部の間の高さの差は好まし
くは約１．５　ｃｍで通常タッピング操作の工程間槽の
溶融金属の深さの還元幅であり、従って障壁部材の上面
が通常２４時間の槽作動循環を通して溶融金属によりほ
ぼ露出したままであ−る。

変形構造に於て、還元槽は共願の特願昭５７−最明組番
に記載された型の一つ又はそ れ以上の選択的フィルターを備える。このようなフィル
ターは溶融金属の通行を可能にすると共に、溶融電解質
の通行を妨げ、かくして溶融製品金属をそれが槽に形成
されるがはやいか排出する事により槽のほぼ一定の金属
高さを維持する手段を備える。このような選択的フィル
ターを使用する所では、セラミック型のベイトの頂部は
障壁部材とほぼ等しい高さにある。

第１図に示した電解槽は熱及び電気絶縁層２で裏打ちさ
れたスチールケーシング１を含む。それは槽にそって従
７来の間隔で炭素塊４と横スチール７コレクタバー５か
ら形成上れた従来の床を含んでいる。

槽は二列の充填陽極゛６を含む。この陽極のシャドー領
域は第２図の７で点線で示されている。

槽は陽極６の列の間に設けられたクラストブレーカ−８
を含み、アルミナをホッパー９かう摺電解質１０へ供給
する。　　− ＴｉＢ２保護被覆を備えたアルミナで形成された障壁部
材１１は炭素原塊４に挿入されて、この場合５−１０′
ｃｍの距離だけ上方に延長する。

障壁部材１１は陽極６のシャドーに位置する領域の端部
に延長するが、高さは陽極シャドー領域と層の端壁１２
の間に減少する。陽極シャドーに位置する障壁部材１１
の間にＴｉＢ２セラミック型　゛又は他の溶融金属及び
溶融摺電解質の侵攻に抵抗性のセラミックの詰め物を備
えて、槽の中の陽極シｙドーに位置する領域で、溶融金
属の横方向及び縦方向の流れの緩衝体として作用する。

陰極で解放された製品金属は槽の中に畜積され、槽の一
端の凹み１５でサイフオン吸出され、障壁部材１１は１
１で局部的に縮少され、凹み１５での金属畜積が行なわ
れるのを可能にする。

障壁部材１１０頂部と充填ベッド１４の頂部の高さの差
は連続するタップ作動間の金属高さがほぼ同じ量だけ増
加するようになっている。

槽は好ましくは金属の高さがタッピングの後、充填ベッ
ドの頂部に高さに落ち、充填ベッドが終始はぼ完全に埋
没した状態とする。金属高さは次のタッピングでほぼ障
壁部材の高さに上昇するが、その障壁部材の上には殆ど
上昇せず、横方向水平電流が流れる溶融金属の相当の膜
の存在を回避する。

不良導障壁部材１１は溶融金属中の横方向電流を制限す
る事により電解質からコレクタバー５へ流れる陰極電流
の通路を相当変更する事が容易に理解される。

第３図及び第４図に示した変形構造に於て、不良専横障
壁１６が縦障壁と関連して使用され、縦方向水平電流を
排除し、金属の縦方向はねとび運動を制限する。

横障壁は製品金属を非常におそい速度で凹部１５へ流す
ように寸法づけたノツチ又は孔（図示せず）を形成し、
その結果溶融金属中の水平電流゛が低い値に保持される
。

特許請求の範囲の項に於て、炭素床という用語は又ニホ
ウ化チタン又は他の溶融材料による侵攻に抵抗性の電導
耐熱材料の表面層とスチールコレクタバーと接触する下
方に位置する炭素層を含むものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電解還元槽の一形式の図式的横断
面図、第２図は第１図の槽の陰極の図式的平面図、第３
図は縦方向及び横方向側障壁を利用する変形構成の図式
的横断面図、第４図は第３図に示した槽の図式的平面図
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）製品金属より密度の少ない溶融電解質の電解によ
   り金属を製造する電解還元槽であって、核種が陰極炭素
   床を含み、それにスチールコレクタバーを埋没させた槽
   に於て、少くとも二つの細長状障壁部材が種床から槽に
   おける通常の製品金属の最大作動高さに近い高さに上方
   に延長するように構成され、該障壁部材は少くともその
   長さ方向に垂直な方向に非電導性で、少なくとも製品金
   属による侵攻に抵抗性の材料の表面層を有し、該障壁部
   材が陰極槽の床上製品金属中の水平電流の流れに横方向
   に構成されている事を特徴とする電解槽。 （２、特許請求の範囲第１項記載の電解槽に於て。 多数の間隔をおいた障壁部材が槽の長手軸にほぼ平方に
   構成されている事を特徴とする電解槽。 （３）特許請求の範囲第２項記載の電解還元槽に於て、
   隣接する障壁部材の間隔が２Ｏ−１００ｃｒｎの範囲に
   ある事を特徴とする電解槽。 （４）特許請求の範囲第２項又は第３項記載の電解還元
   槽に於て、障壁部材が種床の長さ全体に延長している事
   を特徴とする電解槽。 （５）特許請求の範囲第２項又は第３項記載の電解還元
   槽に於て、障壁部材の垂直幅は槽の端壁と陽極シャドー
   領域の隣接端の間に減少される電解槽。 （６）特許請求の範囲第２項又は第３項記載の電解還元
   槽に於て、少なくとも一対の隣接する障壁の間の空間が
   溶融製品金属と溶融摺電解質による侵攻に抵抗性の流れ
   抵抗セラミック型金属詰め物を備えている事を特徴とす
   る電解槽。 （７）特許請求の範囲第２項記載の電解還元槽に於て、
   横方向非電導障壁部材が二つ又はそれ以上の位置に設け
   られ、該障壁部材が縦方向障壁部材とほぼ同じ高さに延
   長している電解槽。 （８）特許請求の範囲第７項記載の電解還元槽に於て、
   該横方向障壁部材が隣接する最も外側の障壁部材の横方
   向外側の位置に対して横方向に延長している裏を特徴と
   する電解槽。 （９）特許請求の範囲第８項記載の電解還元槽に於て、
   該横方向障壁手段が槽の側壁に対し延長し、製品金属を
   槽の端部のコレクタバーに非常におそい流速で流れるよ
   うに寸法づけた非常に細い通路をその中に形成した事を
   特徴とする電解槽。