JPS5920484A - 導電性浮遊スクリ−ンを含むアルミニウム製造用電解槽 - 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、エルーーホール法を用い氷晶石融浴内の溶解
アルミナの電解によりアルミニウムを製造するための陽
極と陰極との間に導電性浮遊スクリーンを含む電解槽に
係る。

エルー−ホール法によるアルミニウム製造用の最も高性
能の装置に於いて、電気エネルギ消＊量は金属１トン肖
り少くとも１３０００ＫＷ時に等しく１４０００ＫＷ時
より大きいこともしばしばある。電位差４ボルトで作動
する近代的な漕では電解質中の電圧降下は約１．５ボル
トであり、従って総エネルギ消費量のｈ以上に相当する
。これは、液体金属層が磁気効果によって移動し−（１
萄極方向に引寄せられアルミニウムが再度酸化されるこ
とを阻止するために陽極と陰極の液体アルミニウム層と
の間に十分な間隔（少くとも４０闘、多くの場合約５０
乃至６０暉）を維持し／工ければならないことに因る。

液体アルミニウムｊ＠の陽極方向移動は、液体アルミニ
ウムが陰極の炭素基板に浸潤性金持たないことによって
更に促進される。

陰極アルミニウムの陽極方向移動を生じさせること無く
極間距離を短縮するために、液体アルミニウムによって
完全に浸潤されるが電解温度ではアルミニウムに実質的
に腐食されない導曜性耐火拐例えばニホウ化チタンＴｉ
Ｂ１　を基材とする陰極の使用が提案された。このよう
な陰極は特に、ＢＲＩＴＩＳＩ（ＡＬＵＭＩＮＩＵＭ社
の英国特許第７８４６９５号、第７８４６９６号、第７
８４６９７号及び”ＡＬＵＭＩＮＩＵＭ”　、　１９８
０年１０月、６４２−６４８ページと１９８０年１１月
、７１３−７１８ページに収載のに、　Ｂ、　ＢＩＬＬ
ＩＪ（ＡＵＧ及びＨ，Ａ、　ＯＹＥの論文に記載されて
いる。

ニホウ化チメン陰極ＫｒＪｉ：Ｉする重要な問題の１つ
は、該陰極が液体アルミニウムに次第に溶Ｍすることで
ある。この現象は緩徐ではあるが無視できない現象であ
り、この結果、消耗エレメントの定期的交換が必要にな
り、このために作動の完全停止及び槽の分解の必妥が生
じる。

本発明は、陰極アルミニウム力月窮極方向に引寄せられ
る危険を伴なうこと無く極間距離を短縮し几いという課
題に対する別の解決方法を提供する。

本発明の特徴は、陽極と陰極との間で液体アルミニウム
層と電解質層との界面に電流を伝導することができ炭素
質陰極基板に連結さｉ’していない浮遊スクリーン１を
へ装置することにある。該スクリーンはアルミニウムの
作用及び氷晶石照温の作用の双方に耐性でなければなら
ないため、グラファイトの如き炭素質相料又はニホウ化
チタンの如キ導電性耐火材から構成される必要がある。

電解の平均温度（〜９６０１：）に於ける存在エレメン
トの各々の密度を考慮すると グラファイト：　　１．７−１．９ 電　　解　　貢：　　　２．１−２．２アルミニウム：
２．３ ＴｉＢ宜　　：　　４．５−４．６ 浮遊スクリーンは、総密度が９６０℃で約２．１５乃至
２．３０のイ（α囲のエレメントから構成される必要が
あると考えられる。

第１図乃至第４Ｌ図は本発明の種々の具体例を示Ｏ 第１図の導電性浮遊スクリーン１は平均密度２．２５で
表面密閉性の多孔質ＴＩＢ、ポール２から成る。該ボー
ルは、例えばＡＬＵＭＩＮＩＵＭ　ＰＥ（ＪＩＩＮＫＹ
出願のフランス特許第１５７９５４０号に記載の技術に
よｐｆＡ造され得る。即ち、ＴｉＢ、と７リツト温加二
にて除去可能な【物質との混合物のフリットによって製
造され得る。該ボールの直径は５乃至５０順の範囲であ
り、好ましくは１０乃至４０ｍｍである。直径の下限は
製造−コストに左右され上限は予定極間距離の約２倍に
相当する。

多孔度約５０％の前記の如きボールは過度に脆性である
と考えられるかも知れない。その場合には、ＴｉＢ、と
窒化ホウ素（９６０℃でｄ＝２．２０乃至２．２５）又
はグラファイト（ｄ＝ｘ、７乃至１．９）との混合物を
所望の割合の加熱除去可能物質と共にフリットする。後
者の割合は、９６０℃で実質的に２．２５に等しい終密
度ｙ）Ｉ得らｔしるように選択さ２’Ｌる。

電解質及び／又は金属がボールに次第に浸潤してボール
の浮力が失なわれるの全阻止すべく表面被膜によってボ
ールに密閉性を与えることが不可欠である。このような
密閉性は、ＴＩ　Ｂ、の緻密な付着層を形成し得る公知
の種々の方法、例えばプラズマ溶射又は化学蒸着によっ
て与えられる。該密閉層の厚みは、液体アルミニウムに
よる溶解を受けても少くとも数年間の耐用寿命が維持さ
れるに十分な値、即ち少くとも２０マイク四メーメに等
しい。

密閉化を２段階で行なうことも可能である。即ち、先ず
プラズマによシ中度の密度の連結層を付着さ亡、次に化
学蒸着によって密閉性の細密／ｉｉＩを付着させる７、
マたは、気相化学蒸着ｆ：２段階で行なってもよく、こ
の場合第１段１昔で用いられる圧力及び温間の値は第２
段階より低い。

平均密度２．２５を得るための別の方法としては、グラ
ファイトコアと緻密ＴｉＢ１皮層とを有する複合ボール
を製造する。２つの構成成分の重量比はｄ＝２．２５’
Ｑ得るように決定され（実質的にＴｉ　Ｂ。

２０Ｘ及びグラファイト８０％〕、このときに０℃と１
０００℃との間でＴＩ　Ｂ、に実質的に等しい膨張率を
有するようなグレードのグラファイトが選択される。

ＴＩＢ、から成る浮遊ボール群２は金属４と電解質５と
の界面３に実質的に連続的な贋金形成する。

該層が１場極６と金Ｒ４との間のスクリーン１を形成し
同時に電解により生成された液体アルミニウムの小滴を
析出せしめる陰極として機能する。これらの小滴は浮遊
ボール２に浸潤し形成済の層４内に集合する。従って小
滴が陽極方向に引寄せも　８− れ陽極で再度酸化される危険は実質的に除去され、これ
により極間距離を約２０間に短縮し且つ電解質内の電圧
降下を１ボルトより小さい値まで低減。

−ｊることが可能である。第１図及び第２図に於いて浮
遊ボールｉは界面３の上方に図示されているが、ボール
の正確な位置が、浴及び金属に対するボールの密度の比
に左右されることは勿論明らかである。

浮遊スクリーンがＴｉＢ、を基材とするボールから形成
され之特定の場合に関して本発明を説明したが、スクリ
ーンは必ずしもボールの形状でなく別の適当ないかなる
形状でもよい。スクリーンは例えば円柱状エレメントで
もよく、このような形状の場合長さ対直径比次第でスク
リーンは軸を鉛直状態又は軸を水平状態にして浮遊する
。このような場合（即ちエレメントが互いに連結されて
いない場汗〕、使用エレメントの最大寸法が５０ｍｍ好
ましくは４０　ｍｍ−、即ち予定極間距離の２倍より大
きくならないことが望ましい。

第１図の具体例では、ボール２′から成るスクリーンの
存在が陽極６の直下でしか必要とさｎないにも関わらず
金属４と電解質５との界面全体がスクリーンで被覆され
るという欠点が生じる。

前記の如き欠点を解決するために第２図の具体例では緻
密な耐火材から成る障壁７によって導電性浮遊スクリー
ンを１窮極６の直下に局在させている。液体アルミニウ
ム４の循ｉｔ確保するために開孔１３を好ましくは前記
障壁に穿設しなければ／よらない。

第３図は導電性浮遊スクリーンの別の具体例を示す。ス
クリーンは単に並置されている個人別々のエレメントか
ら構成されるのでなく陽極１直下に配置された一体構造
アセンブリから成る。このような一体構造スクリーン８
は、基本となる２つの基準、即ち電解質の密度と液体ア
ルミニウムの密度との間の密度を有すること及び必要な
電気伝導度即ち眠Ｍ質の帛、気伝導度より小さい（例え
ばｎ以ｒの）電気伝導度を有することという基準に適合
する限り本発明の曵囲内で種々の変形が可能である。

スクリーン８は更に障壁７により１窮極の直下に維持さ
ｆ′Ｌ得、必要に応じてＮ、解質及び液状アルミニウム
に耐性で導″’ＦＵ性の小さいｎ′Ｏｊり＜材例えば窒
化ポウ累、窒化アルミニウム又は種々の炭化物例えば炭
化ケイ素から成る突起９を有し得る。該突起は、陽極６
とスクリーン８との間の意図しない接触を完全に阻止丁
べく機能する。炭素′Ｒ陰極基板１２に対する係止手段
が全＜　イｒ：在しないのでスクリーンは鉛直方向でほ
ぼ完全に自由に移動し得る。

スクリーン８は、グラファイト、炭素フェルト又は炭素
／炭′Ａ複合材から成りスクリーンの少くとも上面にＴ
Ｉ　Ｂ、被膜が形成されている。所要平均密度（２，２
５）が得られる程’ｌ’ｌＢｘの割合が大きくないとき
は緻密な耐火拐かも成るインサートを用いてスクリーン
に＠全付加するか、又は、スクリーン全純粋のグラファ
イトでなくグラファイトと炭化ケイ素（ｄ＝３乃至３．
１０）又はニホウ化チタン（ａ＝ｔ５乃至４，６）との
焼結混合物で（１り成する。

スクリーンが多孔質の炭素質複合材料７）・ら成る場汗
には、好ましくは平均見掛り密度が約２，２０に、！−
！る割合でスクリーンのコアにニホウ化チタンを含浸さ
せ、次に厚み１０乃至１００マイクロメータの緻密なニ
ホウ化チタン層で表１ｎｉ密閉性を力える。

第４ａ図及びｉＡｂ図は導電性浮遊スクリーンの別の具
体例合本−ｊ″。グラファイトスラブ１０が連結手段１
１Ａ、１１Ｂを備えており、こｔｔらの連結手段は互い
に係合し金属／電解質界面３にうねｐが生じたときに十
分に適応し得る可撓性を有するアセンブリを形成し得る
。

先の具体例の場合と同じくこれらのスラブＣ，ｊ陶極に
対向−ｊ−る面に゛ｒｌＩ３．被膜を備えることができ
浮遊に必要ｙｚ密度は前記の手段のいず扛かを用いて得
ろノしる。

種々に変形された形伏で本発明を使用することによｐ、
電解効率の低Ｆを生じること無く極間距離をかなりの程
度即ち約２０ｍｍまで短縮しくｌる。

かくの如く改良された電解槽の９１Ｍ子の電位差は４ボ
ルトから約３．２乃至３．３ボルトに減少しこれに比例
して製造アルミニウム１トン当りのエネルギ消費１１１
−が節約される。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４ｂ図は本発明の４１１（々の具体例の説
明図である。 １・・・スクリーン、２・・・ポール、４・・・金Ｅｊ
４．５・・・電解質、６・・・陽極、７・・・障壁、８
・・・スクリーン、９・・・突起、ｌＯ・・・スラブ、
ＩＩＡ、ＩＩＢ・・・連結手段、１２・・・陰極基板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｆｌ＋　　エルー−ホール法を使用し少くとも１つの炭
   素質陽極と炭素質陰極基板を被覆するアルミニウム層と
   の間の氷晶石融浴中に溶解したアルミナの電解によるア
   ルミニウＪ、裂造用の電解槽に於いて、前記電解槽がア
   ルミニウム層と氷晶石照温との界面に電流伝導性であり
   炭素質陰極基板に連結されていす少くとも鉛直方向で移
   動自在な浮遊スクリーンを含むことを特徴とする電解槽
   。 （２）　　導電性浮遊スクリーンがアルミニウム層とゝ
   　、 氷晶石塔との間の界面全体に拡がっていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の電解槽。 （３）　　導電性浮遊スクリーンが各１弱極の直下に局
   限されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の′電解槽。 （４）導電性浮遊スクリーンが並置された個別エレメン
   トがら成ること全特徴とする特許請求の範囲第１項乃至
   ｉ３項のいずれかに記載の電ｆＩＪ￥槽。 （５）　　浮遊スクリーンが可撓性連結手段によって互
   いに連結された個別エレメントから成ることを特徴とす
   る特許８青求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載
   の電解槽。 （６）４電性浮遊スクリーンが、陽極の底面に向って伸
   び°Ｃおυ実質的に最小極間距離に等しい高さを有する
   電流を殆んど伝導しないか又は不伝導性のストップ手段
   を含むことを特徴とする％１’ＦｉｔｉＶ求の範囲第５
   項に記載の電解槽。 （７）各１１極と導電性浮遊スクリーンとの間の距離が
   ４０ｍ＋より小であり好ましくは約２０ｍＷＩに等しい
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第６偵のい
   ずれかに記載の電解槽。