NO118413B - - Google Patents

Description

Celle til fremstilling av aluminium med stor renhet.

Den tekniske produksjon av aluminium

foregår ved hjelp av smelteelektrolyse, ved hvilken en ca. 1000° C varm smelte av lerjord i kryolitt spaltes ved hjelp av elektrisk likestrøm. Ved katoden, som dannes av ovnskaret, som er utforet med kullstoff, skiller det seg ut aluminium i flytende form og danner et lag på bunnen av karet under den smelte som befinner seg i karet. Det fremstilte metall fjernes i tidsavstan-der fra 24 til 48 timer fra ovnen, og av for-skjellige grunner lar man imidlertid en likeblivende metallmengde bli tilbake i

ovnen. Anoden består av kullstoffblokker, som dypper inn i smeiten ovenfra. Den er underkastet varig forbruk og må tilsvar-ende erstattes fordi det ved denne utskilles surstoff, som reagerer med kullstoff i anoden. Reaksjonsproduktene, kulldioksyd og kullmonoksyd, unnviker fra elektrolyseovnen. Lerjorden som inneholdes i smeiten må likeledes erstattes fra tid til annen, da også denne forbrukes ved elektrolyseproses-sen. Beregnet på en vektsdel fremstilt aluminium forbrukes ved elektrolysen teore-tisk minst 1,89 vektsdeler ler jord og 0,33 vektsdeler anodekullstoff. I praksis er disse forbrukstall større på grunn av tap ved for-støvning, forflyktigelse, strømutbytte, bi-reaksjoner osv. Ved anoden kan forbruket i praksis f. eks. variere mellom 0,37 og 0,57 vektsdeler anodekullstoff. Det oppstår

også små tap av kryolitt, ca. 0,05 vektsdeler. Ved elektrolysen kommer praktisk talt alle forurensninger av de forbrukte stoffer inn i det produserte aluminium. Aluminium-elektrolysen behøver derfor stor renhet av de anvendte stoffer. For å øke renheten i

det produserte aluminium renses f. eks. allerede forstoffene til fremstilling av lerjorden og anodene ved anvendelse av kje-miske og fysikalske fremgangsmåter for å oppnå høyrene utgangsmaterialer for elektrolysen. Ved den nødvendige bearbeidelse av smeiten i elektrolyseovnene benyttes verktøy som består av jern, slik som stenger og haker, som er særlig tykke ved den ende som kommer i berøring med smeiten eller metallet for at de ikke skal anta noen høye temperaturer under den med hensikt kort erholdte anvendelsestid, men forbli under smeltepunktet for smeiten og dermed be-holde et beskyttelsesovertrekk av stivnet smelte. Disse og andre forholdsregler fører ved benyttelse av de kjente reneste for-stoffer til et metall med en renhet på 99,7 pst. aluminium. Forurensningene består av jern, silisium og en rekke metaller i små mengder.

En videre økning av aluminiumets renhet krever anvendelse av særlige tekniske prosesser, f. eks. elektrolytisk raffinering. Denne fremgangsmåte fører nok til høye renheter, f. eks. 99,99 pst., men øker imidlertid produksjonsomkostningene meget sterkt. På den annen side har det sterkt rene aluminium til tross for høy pris på grunn av sine særskilte teknologiske egen-skaper innesluttet nye anvendelsesområder som er blitt lukket for det for tiden reneste aluminium som fremstilles ved enkel elektrolyse. En økning av renheten for dette metall uten anvendelse av den særlige raffi-neringsfremgangsmåte om det bare var for en økning på 0,1 til 0,2 pst., ville være et teknisk fremskritt, fordi metallet dermed kunne anvendes på allerede viktige, om-fangsrike anvendelsesområder.

Denne ønskede høyere renhet for det elektrolyse fremstilte aluminium kunne f. eks. oppnås ved videre forbedring av renheten av de anvendte stoffer ler jord, anoder og kryolitt.

Dog er denne vei ikke farbar, fordi en videre økning av renheten for disse stoffer bare utføres ved anvendelse av kostbare fremgangsmåter og apparaturer, som ville gjøre prosessen uøkonomisk.

Foreliggende oppfinnelse oppnår øk-ningen av renheten for det produserte aluminium på følgende måte: De gasser kulldioksyd og kullmonoksyd som dannes ved anoden og unnviker fra elektrolysecellen, inneholder små, veks-lende mengder av jern og silisium, men også spor av titan, krom, vanadium og andre metaller, henholdsvis deres forbin-delser i gassformet eller fast tilstand (røk). Av disse stoffer forblir størstedelen ved spaltning eller avleiring i elektrolyseovnen.

Ifølge oppfinnelsen begunstiges dan-nelsen og transporten av de nevnte gasser, henholdsvis røk, og deres fjernelse samt spaltningsproduktene fra dem fra ovnens område, idet strømningshastigheten for ovnsgassene i ovnen inntil unnvikning fra ovnen, holdes høyst mulig, deres vei i ovnen forkortes, og gassene holdes under overtrykk inntil unnvikning fra ovnen. Disse betingelser oppfylles ved særlige konstruk-tive forholdsregler ved konstruksjonen av ovnen, idet de enkelte anoder, som total-anoden består av, er anordnet i ovnen med liten avstand fra hverandre og har en liten bredde på 200 mm til maksimum 700 mm. Deres horisontale lengde skal derved være større enn 1400 mm. Strømbelastningen fra disse enkeltanoder skal ikke overskride 10.000 amp., men utgjøre ca. 5000 til 8000 amp. I mellomrommene, som for dette for-mål ikke skal være større enn ca. 150 mm, fortrinnsvis ca. 50—40 mm brede, oppstår det kanaler med lite tverrsnitt, da det ca.

30 mm over nivået for smeiten dannes en størkningskruste, som lukker kanalen oven-til. Disse kanaler er gasstette. Ved topp-siden av anodene holdes disse kanaler åpne ved hjelp av gjennomstøtning av smeltekrusten ved hjelp av brekkstenger o. 1., for å tillate gassene å strømme ut i atmos-færen. Med disse forholdsregler ledes de ved den nedre del av anoden dannede re-aksjonsgasser inklusive de derved inne-holdende ovenfor beskrevne stoffer i for-holdsvis meget korte baner, som maksimalt tilsvarer halvparten av anoden, men i gjen-nomsnitt er vesentlig kortere i de kanaler

som dannes mellom anodene. I disse kanaler strømmer gassene med stor hastighet og under trykk til anordnede gassutløps-steder som holdes åpne i størkningskrusten som dekker hele smelteoverflaten. De stoffer som inneholdes i reaksjonsgassene be-vares ved denne anordning før spaltning og før avleiring innen ovnen, særlig også ved at gassene alltid står under overtrykk og ikke suges av, hvorved en blanding med den atmosfæriske luft unngås.

Disse kanaler, hvis sidevegger dannes av anodene og hvis bunnflater dannes av den flytende smeltes overflate, opprett-holder deres øvre avgrensning selv ved ano-denes langsomme nedadrettede bevegelse, da de dekkes av et størknet lag av smelte, som av gasstrømmen stadig drives oppover. Dette avgrensende lag bibeholdes til tross for anodens bevegelse, da det automatisk fornyes.

Ved den ovenfor beskrevne anordning av anodene med en liten avstand på ca. 40 mm fra hverandre, er det fare for at de deler av anoden, som befinner seg over smeltekrusten, kan angripes sterkt av luft-surstoff og forbrennes. I de trange mellomrom mellom anodene akkumuleres var-men. Mellomrommene fremkaller en slags skor.stenstrekk, som bevirker at luft stadig

føres hen til de utsatte steder, således at

anodene på disse steder brennes så hule at

det oppstår store tap av anodestoff, og disse tverrsnittsnedsettelser forårsaker at ovnens elektriske forhold forandres, hvilket vanskeliggjør driften. Når ovnen anvendes på den ovenfor beskrevne måte, må derfor luftavbrannen hindres.

De kjente forholdsregler, slik som f. eks. påstrykning av de utsatte anodeflater med fosforsyre eller fosfater, med boraks eller andre borforbindelser eller påføring av lerjord, kunne ikke hindre luftavbrannen, høyst begrense denne. Den fullkomne hindring av luftavbrannen i mellomrommene mellom anodene oppnås ifølge oppfinnelsen ved hjelp av en pakning, som er innført i disse mellomrom. For fremstilling av denne pakning lukkes mellomrommene mellom anodene på toppsidene forbigående ved hjelp av en forskaling, og i mellomrommene faststampes ovenfra et pulver-formet stoff. Forskalingen kan etter fast-dampingen fjernes igjen, pakningen forblir fastsittende og hindrer luftavbrannen fullstendig. Som pakningsstoff anvender rnan hensiktsmessig pulverformede stoffer, som kontinuerlig må tilsettes ovnssmelten, slik som kryolitt, lerjord, soda og andre enkeltvis og i blanding.

For videre å forklare oppfinnelsen tje-ner tegningen som skjematisk viser et eksempel på en elektrolysecelle. Figuren viser skjematisk ovnsbygningen. Her betyr 1 katode, 2 utskilt aluminium, 3 smeiten, 1 de smale enkeltanoder med små mellomrom, 5 krusten av størknet smelte, 6 pakningen mellom anodene, 7 kanalene som danner seg, hvori de gasser som ved den elektrolytiske prosess danner seg og sam-ler seg på undersiden av anodene og ledes ut, pil 8 betyr den korte vei for gassene til kanalene.

I figuren er uvesentlige deler for oppfinnelsen ved elektrolyseovnen utelatt, slik som strømtilførsel, opphengning av anoden osv. Figuren er også å forstå som et skjema, da tallet av anodestrimler, alt etter ovnsstørrelsen, i virkeligheten er større enn fremstilt.

Claims (1)

1. Celle til fremstilling av aluminium av høy renhet ved hjelp av smelteelektrolyse med flere ved siden av hverandre anordnede for-brente, kontinuerlige anoder, karakterisert ved at bredden for de enkelte anoder i retning av cellens hovedakse er 200—700 mm, deres gjensidige avstand er mindre enn 150 mm, fortrinsvis 40—50 mm, deres lengde loddrett på cellens hovedakse er over 1400 mm og strømbelastningen for de enkelte anoder er mindre enn 10000 ampere, fortrinsvis 5000—8000 ampére.