JPS6141997B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6141997B2 JPS6141997B2 JP58118052A JP11805283A JPS6141997B2 JP S6141997 B2 JPS6141997 B2 JP S6141997B2 JP 58118052 A JP58118052 A JP 58118052A JP 11805283 A JP11805283 A JP 11805283A JP S6141997 B2 JPS6141997 B2 JP S6141997B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrolytic cell
- anode
- floating screen
- screen
- cell according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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Classifications
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
- Chemical Treatment Of Metals (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、エルー−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。
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、電気エネルギ消費量
は金属1トン当り少くとも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槽では電解質中
の電圧降下は約1.5ボルトであり、従つて総エネ
ルギ消費量の1/3以上に相当する。これは、液体
金属層が磁気効果によつて移動して陽極方向に引
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40mm、多くの場合約
50乃至60mm)を維持しなければならないことに因
る。液体アルミニウム層の陽極方向移動は、液体
アルミニウムが陰極の炭素基板に浸潤性を持たな
いことによつて更に促進される。
最も高性能の装置に於いて、電気エネルギ消費量
は金属1トン当り少くとも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槽では電解質中
の電圧降下は約1.5ボルトであり、従つて総エネ
ルギ消費量の1/3以上に相当する。これは、液体
金属層が磁気効果によつて移動して陽極方向に引
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40mm、多くの場合約
50乃至60mm)を維持しなければならないことに因
る。液体アルミニウム層の陽極方向移動は、液体
アルミニウムが陰極の炭素基板に浸潤性を持たな
いことによつて更に促進される。
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
ニウムによつ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電性耐火
材例えばニホウ化チタンTiB2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、
BRITISH ALUMINIUM社の英国特許第784695
号、第784696号、第784697号及び
“ALUMINIUM”、1980年10月、642−648ページ
と1980年11月、713−718ページに収載のK.B.
BILLEHAUG及びH.A.OYEの論文に記載されて
いる。
こと無く極間距離を短縮するために、液体アルミ
ニウムによつ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電性耐火
材例えばニホウ化チタンTiB2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、
BRITISH ALUMINIUM社の英国特許第784695
号、第784696号、第784697号及び
“ALUMINIUM”、1980年10月、642−648ページ
と1980年11月、713−718ページに収載のK.B.
BILLEHAUG及びH.A.OYEの論文に記載されて
いる。
ニホウ化チタン陰極に関する重要な問題の1つ
は、該陰極が液体アルミニウムに次第に溶解する
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要が生じる。
は、該陰極が液体アルミニウムに次第に溶解する
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要が生じる。
本発明は、陰極アルミニウムが陽極方向に引寄
せられる危険を伴なうこと無く極間距離を短縮し
たいという課題に対する別の解決方法を提供す
る。
せられる危険を伴なうこと無く極間距離を短縮し
た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れていない浮
遊スクリーンを配置することにある。該スクリー
ンはアルミニウムの作用及び氷晶石融浴の作用の
双方に耐性でなければならないため、グラフアイ
トの如き炭素質材料又はニホウ化チタンの如き導
電性耐火材から構成される必要がある。
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れていない浮
遊スクリーンを配置することにある。該スクリー
ンはアルミニウムの作用及び氷晶石融浴の作用の
双方に耐性でなければならないため、グラフアイ
トの如き炭素質材料又はニホウ化チタンの如き導
電性耐火材から構成される必要がある。
電解の平均温度(〜960℃)に於ける存在エレ
メントの各々の密度を考慮すると グラフアイト:1.7−1.9 電解質:2.1−2.2 アルミニウム:2.3 TiB2:4.5−4.6 浮遊スクリーンは、総密度が960℃で約2.15乃
至2.30の範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。
メントの各々の密度を考慮すると グラフアイト:1.7−1.9 電解質:2.1−2.2 アルミニウム:2.3 TiB2:4.5−4.6 浮遊スクリーンは、総密度が960℃で約2.15乃
至2.30の範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46図は本発明の種々の具体例を
示す。
示す。
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TiB2ボール2から成
る。該ボールは、例えばALUMINIUM
PECHINEY出願のフランス特許第1579540号に記
載の技術により製造され得る。即ち、TiB2とフ
リツト温度にて除去可能な物質との混合物のフリ
ツトによつて製造され得る。該ボールの直径は5
乃至50mm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。
2.25で表面密閉性の多孔質TiB2ボール2から成
る。該ボールは、例えばALUMINIUM
PECHINEY出願のフランス特許第1579540号に記
載の技術により製造され得る。即ち、TiB2とフ
リツト温度にて除去可能な物質との混合物のフリ
ツトによつて製造され得る。該ボールの直径は5
乃至50mm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、TiB2と窒化ホウ素(960℃でd=2.20乃至
2.25)又はグラフアイト(d=1.7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
リツトする。後者の割合は、960℃で実質的に
2.25に等しい終密度が得られるように選択され
る。
であると考えられるかも知れない。その場合に
は、TiB2と窒化ホウ素(960℃でd=2.20乃至
2.25)又はグラフアイト(d=1.7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
リツトする。後者の割合は、960℃で実質的に
2.25に等しい終密度が得られるように選択され
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を阻止すべく表面
被膜によつ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、TiB2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つて与えられる。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マイクロメータに等
しい。
てボールの浮力が失なわれるのを阻止すべく表面
被膜によつ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、TiB2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つて与えられる。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マイクロメータに等
しい。
密閉化を2段階で行なうことも可能である。即
ち、先ずプラズマにより中度の密度の連結層を付
着させ、次に化学蒸着によつて密閉性の細密層を
付着させる。または、気相化学蒸着を2段階で行
なつてもよく、この場合第1段階で用いられる圧
力及び温度の値は第2段階より低い。
ち、先ずプラズマにより中度の密度の連結層を付
着させ、次に化学蒸着によつて密閉性の細密層を
付着させる。または、気相化学蒸着を2段階で行
なつてもよく、この場合第1段階で用いられる圧
力及び温度の値は第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、
グラフアイトコアと緻密TiB2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を得るように決定され(実質的にTiB220
%及びグラフアイト80%)、このときに0℃と
1000℃との間でTiB2に実質的に等しい膨脹率を
有するようなグレードのグラフアイトが選択され
る。
グラフアイトコアと緻密TiB2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を得るように決定され(実質的にTiB220
%及びグラフアイト80%)、このときに0℃と
1000℃との間でTiB2に実質的に等しい膨脹率を
有するようなグレードのグラフアイトが選択され
る。
TiB2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層を形成す
る。該層が陽極6と金属4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。従つて小滴が陽極方向に引
寄せら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20mm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
で低減す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2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。
質5との界面3に実質的に連続的な層を形成す
る。該層が陽極6と金属4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。従つて小滴が陽極方向に引
寄せら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20mm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
で低減す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2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TiB2を基材とするボールか
ら形成された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
ない場合)、使用エレメントの最大寸法が50mm好
ましくは40mm、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。
ら形成された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
ない場合)、使用エレメントの最大寸法が50mm好
ましくは40mm、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れない
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。
ーンの存在が陽極6の直下でしか必要とされない
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によつて導電
性浮遊スクリーンを陽極6の直下に局在させてい
る。液体アルミニウム4の循環を確保するために
開孔13を好ましくは前記障壁に穿設しなければ
ならない。
例では緻密な耐火材から成る障壁7によつて導電
性浮遊スクリーンを陽極6の直下に局在させてい
る。液体アルミニウム4の循環を確保するために
開孔13を好ましくは前記障壁に穿設しなければ
ならない。
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々別々
のエレメントから構成されるのでなく陽極直下に
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
度即ち電解質の電気伝導度より小さい(例えば1/
10以下の)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範囲内で種々の変形が可能
である。
示す。スクリーンは単に並置されている個々別々
のエレメントから構成されるのでなく陽極直下に
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
度即ち電解質の電気伝導度より小さい(例えば1/
10以下の)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範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により陽極の直下に
維持され得、必要に応じて電解質及び液状アルミ
ニウムに耐性で導電性の小さい耐火材例えば窒化
ホウ素、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
触を完全に阻止すべく機能する。炭素質陰極基板
12に対する係止手段が全く存在しないのでスク
リーンは鉛直方向でほぼ完全に自由に移動し得
る。
維持され得、必要に応じて電解質及び液状アルミ
ニウムに耐性で導電性の小さい耐火材例えば窒化
ホウ素、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
触を完全に阻止すべく機能する。炭素質陰極基板
12に対する係止手段が全く存在しないのでスク
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、グラフアイト、炭素フエルト
又は炭素/炭素複合材から成りスクリーンの少く
とも上面にTiB2被覆が形成されている。所要平
均密度(2.25)が得られる程TiB2の割合が大きく
ないときは緻密な耐火材から成るインサートを用
いてスクリーンに錘を付加するか、又は、スクリ
ーンを純粋のグラフアイトでなくグラフアイトと
炭化ケイ素(d=3乃至3.10)又はニホウ化チタ
ン(d=4.5乃至4.6)との焼結混合物で構成す
る。
又は炭素/炭素複合材から成りスクリーンの少く
とも上面にTiB2被覆が形成されている。所要平
均密度(2.25)が得られる程TiB2の割合が大きく
ないときは緻密な耐火材から成るインサートを用
いてスクリーンに錘を付加するか、又は、スクリ
ーンを純粋のグラフアイトでなくグラフアイトと
炭化ケイ素(d=3乃至3.10)又はニホウ化チタ
ン(d=4.5乃至4.6)との焼結混合物で構成す
る。
スクリーンが多孔質の炭素質複合材料から成る
場合には、好ましくは平均見掛け密度が約2.20に
達す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面密閉性を与え
る。
場合には、好ましくは平均見掛け密度が約2.20に
達す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面密閉性を与え
る。
第4a図及び第4b図は導電性浮遊スクリーン
の別の具体例を示す。グラフアイトスラブ10が
連結手段11A,11Bを備えており、これらの
連結手段は互いに係合し金属/電解質界面3にう
ねり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。
の別の具体例を示す。グラフアイトスラブ10が
連結手段11A,11Bを備えており、これらの
連結手段は互いに係合し金属/電解質界面3にう
ねり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は陽
極に対向する面にTiB2被膜を備えることができ
浮遊に必要な密度は前記の手段のいずれかを用い
て得られる。
極に対向する面にTiB2被膜を備えることができ
浮遊に必要な密度は前記の手段のいずれかを用い
て得られる。
種々に変形された形状で本発明を使用すること
により、電解効率の低下を生じること無く極間距
離をかなりの程度即ち約20mmまで短縮し得る。か
くの如く改良された電解槽の端子の電位差は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
量が節約される。
により、電解効率の低下を生じること無く極間距
離をかなりの程度即ち約20mmまで短縮し得る。か
くの如く改良された電解槽の端子の電位差は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
量が節約される。
第1図乃至第4b図は本発明の種々の具体例の
説明図である。 1……スクリーン、2……ボール、4……金
属、5……電解質、6……陽極、7……障壁、8
……スクリーン、9……突起、10……スラブ、
11A,11B……連結手段、12……陰極基
板。
説明図である。 1……スクリーン、2……ボール、4……金
属、5……電解質、6……陽極、7……障壁、8
……スクリーン、9……突起、10……スラブ、
11A,11B……連結手段、12……陰極基
板。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 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ム製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融浴と
の界面に電流伝導性であり炭素質陰極基板に連結
されていず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氷
晶石浴との間の界面全体に拡がつていることを特
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陽極の直下に局限
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
メントから成ることを特徴とする特許請求の範囲
第1項乃至第3項のいずれかに記載の電解槽。 5 浮遊スクリーンが可撓性連結手段によつて互
いに連結された個別エレメントから成ることを特
徴とする特許請求の範囲第1項乃至第3項のいず
れかに記載の電解槽。 6 導電性浮遊スクリーンが、陽極の底面に向つ
て伸びており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
のストツプ手段を含むことを特徴とする特許請求
の範囲第5項に記載の電解槽。 7 各陽極と導電性浮遊スクリーンとの間の距離
が40mmより小であり好ましくは約20mm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項
のいずれかに記載の電解槽。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8211873 | 1982-06-30 | ||
| FR8211873A FR2529580B1 (fr) | 1982-06-30 | 1982-06-30 | Cuve d'electrolyse pour la production d'aluminium, comportant un ecran conducteur flottant |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5920484A JPS5920484A (ja) | 1984-02-02 |
| JPS6141997B2 true JPS6141997B2 (ja) | 1986-09-18 |
Family
ID=9275740
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58118052A Granted JPS5920484A (ja) | 1982-06-30 | 1983-06-29 | 導電性浮遊スクリ−ンを含むアルミニウム製造用電解槽 |
Country Status (17)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4533452A (ja) |
| EP (1) | EP0099840B1 (ja) |
| JP (1) | JPS5920484A (ja) |
| KR (1) | KR840006510A (ja) |
| AU (1) | AU562447B2 (ja) |
| BR (1) | BR8303459A (ja) |
| CA (1) | CA1190892A (ja) |
| DE (1) | DE3365289D1 (ja) |
| ES (1) | ES523678A0 (ja) |
| FR (1) | FR2529580B1 (ja) |
| GR (1) | GR77515B (ja) |
| IN (1) | IN159794B (ja) |
| NO (1) | NO832365L (ja) |
| OA (1) | OA07473A (ja) |
| SU (1) | SU1356967A3 (ja) |
| YU (1) | YU140683A (ja) |
| ZA (1) | ZA834761B (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0145411B1 (en) * | 1983-11-29 | 1988-01-27 | Alcan International Limited | Aluminium reduction cells |
| US4631121A (en) * | 1986-02-06 | 1986-12-23 | Reynolds Metals Company | Alumina reduction cell |
| US4919782A (en) * | 1989-02-21 | 1990-04-24 | Reynolds Metals Company | Alumina reduction cell |
| US5129998A (en) * | 1991-05-20 | 1992-07-14 | Reynolds Metals Company | Refractory hard metal shapes for aluminum production |
| DE69316086T2 (de) * | 1992-05-25 | 1998-05-20 | Canon Kk | Magnetischer Entwickler und Verfahren zur Erkennung von Zeichen aus magnetischer Tinte |
| US5486278A (en) * | 1993-06-02 | 1996-01-23 | Moltech Invent S.A. | Treating prebaked carbon components for aluminum production, the treated components thereof, and the components use in an electrolytic cell |
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