NO119337B - - Google Patents

Description

Kompletterbar anode av elektrodekull, til anvendelse ved smelteelektrolyse.

Foreliggende oppfinnelse angår kompletterbare anoder av elektrodekull til anvendelse ved smelteelektrolyse, f. eks. for elektrolyse av aluminiumoxyd oppløst i smeltet kryolit.

Ved hjelp av oppfinnelsen kan brukte,

dvs. delvis konsumerte kullanoder bringes tilbake sin sin opprinnelige tilstand. Denne operasjon betegnes i det følgende «restaurering».

Oppfinnelsen kan anvendes på kullanoder av enhver art, således på stasjonære ferdigbrente anoder og på Soderberg-elektroder.

Slike kullelektroder som forbrukes under elektrolyse betegnes i det følgende «kullelektroder» eller «kullanoder», alt efter sammenhengen.

Som kjent utføres elektrolytisk fremstilling av aluminium i smeltflytende bad som i alminnelighet består av fluorhol-dige Al- og Na-forbindelser, som kryolit, i hvilke der er oppløst aluminiumoxyd.

Når likestrøm ledes gjennom slike bad,

spaltes aluminiumoxydet, aluminium ut-skilles ved katoden og oxygen ved anoden. Kullstoff i anoden forbinder seg med oxy-genet og danner de såkalte elektrolyse-gasser som når de forlater badet, i hoved-saken er sammensatt av kulldioxyd og delvis også av kulloxyd. Det anodekull som derved forbrukes må erstattes for å sikre driftens kontinuitet, og dette skjer ved den såkalte restaurering.

For bedre forståelse av problemer ved restaurering av anoder og av de midler

som man hittil har brukt, refereres der først til tegningens fig. 1-—3 som skjematisk viser vertikalsnitt av forskjellige elektro-lyseovner. I aluminiumindustrien har man hittil utelukkende anvendt to typer, nemlig den selvbrennende Soderberg-anodeovn, hvor anodene er forsynt med metallplugger

(fig. 1), og ovn med ferdigbrente, ferdig-fremstillede anoder (fig. 2). I begge disse ovnstyper består den egentlige anode av et legeme av kull 1, som delvis er anbragt i smeltebadet 2, og hvis nederste endeflate er overveiende horisontal og holdes i en avstand på noen få centimeter fra det smeltede katodiske metall 3, som også danner et nesten horisontalt sjikt. Det nevnte lag av smeltet aluminium ligger under et lag av smeltebadet hvor anoden delvis er ned-senket.

I vanlige ovner kan anodeenheten eller hver anodeenhet innstilles vertikalt, idet den kan reguleres av en mekanisme som tillater løftning eller senkning av hele anodelegemet så at dette innstilles i den ønskede avstand fra det smeltede alumi-niums variable nivå. Denne avstand kal-les elektrodeavstand. Anodeenheten kan også beveges så meget i vertikal retning at anodekullet kan heves opp over badet når dette er ønskelig for utskiftning eller restaurering. En slik enhet betegnes i det følgende som «en vertikalt innstillbar anode».

Anodekullelektroden av Søderberg-typen er som vist i fig. 1, i intim og utstrakt kontakt med de respektive metallbolter eller -plugger 5 som kan være av f. eks. jern, støpejern eller stål, og disse leder strømmen til anoden. Kullanoden forbrukes som nevnt etterhvert ved elektrolysen. Dette forbruk er vanligvis av en størrelses-orden tilsvarende noen centimeter av anoden. De nederste ender av de nevnte metallbolter eller -plugger kommer således stadig nærmere det underliggende lag av smeltebadet. På et visst tidspunkt blir det nødvendig å heve over badet en eller flere av metallederne for å hindre at jern kommer i direkte kontakt med dette som da vil angripe jernet, med derav følgende for-urensning av det produserte aluminium.

I Søderbergovnene trekkes pluggene gradvis opp efterhvert som de nærmer seg smeltebadet. Det hull de etterlater seg fyl-les vanligvis med frisk Søderbergpasta, og pluggen settes så ned igjen i det samme spor, men i høyere stilling. Derefter begynner kretsløpet påny med brenning av pastaen, og en annen plugg nærmer seg gradvis smeltebadet. Anodekullelektroden 1 restaureres ved at man ovenfra fører inn frisk pasta (kalt rå eller grønn pasta) 1<* >som brennes og dekker den gamle anode. Under sin meget langsomme vandring nedover brennes pastaen gradvis og fører til eri intimere mekanisk og elektrisk kontakt mellom pluggene og den brente pasta som er helt forkokset. Som følge av denne for-koksning vil de lavere sjikt av Søderberg-elektroden, og spesielt stykket mellom nederste ende av metallpluggene og badet, få en passende ledeevne for den elektriske strøm.

I en ovnstype med ferdigbrente anoder som vist på fig. 2 tas den forbrukte anode — som i det vesentlige består av i det minste en metalleder eller bolt 6 og av den resterende del 7 av anodekullelektroden som fremdeles dekker metallederen — opp av badet og erstattes med en ny anode 8, hvorpå kretsløpet begynner påny.

Den nye anode plaseres på det sted i ovnen hvor den gamle ble tatt ut.

Spenningstapet i ferdigbrente anoder og i Søderberganoder er avhengig av strøm-hettheten på anoden og den gjennomsnitt-lige avstand mellom metallendene og smeltebadet, og ligger i alminnelighet mellom 0,3 og 0,9 volt.

Anodesystemet i vanlige ovner og mid-lene til restaurering av det forbrukte anodekull har voldt betydelige vanskeligheter.

Om det antas at spenningstapet i de enkelte anoder er praktisk talt det samme, sier det seg selv at de enkelte ledere som omsluttes av anode-elektrodemassen hver fører en strømmengde som bestemmes av totalmotstanden i den anodedel som de respektive metalledere tilfører strøm.

Spenningstapet finner øyensynlig sted dels langs strømbanen, dels i metallederne, dels i kontaktflaten mellom metall og anodemasse, og dels langs strømmens bane i anodemassen, i sjiktet fra metallederen til den horisontale overflate (anodens grunnflate) som er i berøring med badet.

De tre motstander kan ved første til-nærmelse betraktes som tre motstander i serie.

Av det foregående følger at strømmen ikke kan være likt fordelt over den nederste overflate på kullanoden eller -anodene.

Dette forhold kan forårsake lokale overhetninger og overspenning både i anoden, i badet og i katoden med derav føl-gende senkning av strømutbyttet og økning av strømforbruket. Videre forårsaker avstanden mellom metalledernes nederste ender og badet, og som varierer med tiden, periodiske variasjoner i spenningsfallet i anoden og dermed i det totale spennings-fall i ovnen. Denne omstendighet vanske-liggjør en gunstig drift av ovnen, da total-spenningens størrelse er en viktig faktor. Foruten å kreve en stor mekanisk påkjen-ning ved at pluggene periodisk trekkes opp (pluggenes nedre del er oppvarmet til høye temperaturer) fra Søderberganoden for at disse ikke skal komme for nær badet, med-fører en slik operasjon en viss forurens-ning av kullanoden og dermed av badet. Det er da også en kjennsgjerning at det produserte aluminium ved analyser viser et innhold av forurensninger som delvis skyldes jernpluggene.

Det samme gjelder de ferdigbrente anoder hvis den resterende del av anoden ikke blir tatt ut av badet tidsnok, og badet vil efter lengere tids kontakt med jern-boltene inne i kullrestene angripe disse bolter og forårsake en forringelse av alu-miniumets kvalitet. Tilsist må det på grunn av den gradvise elektrolytiske konsumering av anodekullelektroden og nødvendigheten av å utligne denne ved vertikal innstilling av anoden tas i betraktning at kontakt-linjen mellom den frie badoverflate og sidene på kullanoden flytter seg gradvis oppover og gjør det umulig eller vanskeiig å beskytte kullanoden like over badet mot en betydelig korrosjon av luftoxygenet. Denne korrosjon øker forbruket av anodisk materiale, reduserer den tilgjengelige anodeoverflate og kan forårsake lokal overopphetning, spesielt i Søderberg-ovner. Dette kan endog resultere i lokal hen-smuldring av anodens sideflater, med gropdannelse; sikkert forårsaker det ned-settelse av strømutbyttet, økning av spenningstapet og derfor økning av strømfor-bruket, ved siden av utillatelig forbruk av bad og kullanode. En annen mangel ved det vanlige anodesystem skyldes den kontakt, vanligvis ved temperaturer mellom 900 og 1000° C, som elektrolytgassene, hvilke er sammensatt til å begynne med nesten utelukkende av CO,,, danner, idet de stiger oppover og stryker langs sidene på kullanoden som er senket i badet, så at de reagerer med denne ifølge reaksjonen CO:1 +C > 2CO: Dette anodiske forbruk forårsaker noen av de mangler som allerede er nevnt i forbindelse med korrosjon som skyldes den oxyderende atmo-sfæriske luft.

Alle disse mangler eller en stor del av dem elimineres ved en ny type av flercelleovn som har faste elektroder som er beskrevet i patent nr. 96.856. Denne ovnstype som er vist på fig..3 har stasjonære elektroder så at anordninger til innstilling av elektrodeavstanden bortfaller. Elektrodene er av kull, og de mot hverandre stå-ende elektrodeflater er hellende metall-ledere 12 som ender i like stor avstand fra badet. Mellom endeelektrodene er der anbragt flere bipolare mellomelektroder 9.

Også i denne ovnstype finner der sted konsumering av anoden under elektrolysen. Restaurering av anodene skjer ved, mens anoden står på sin plass på dennes overflate, å anbringe en plate 13 (eller deler som danner en plate) av anodisk kullma-teriale for å dekke den anodiske flate helt og derved å gjenoppbygge elektroden til dens opprinnelige dimensjoner. En måte å utføre denne operasjon på er beskrevet i følgende sitat fra nevnte patent: «Etter uttappingen synker badets nivå i den her beskrevne utførelsesform til omkring halvparten av cellens høyde. Det er imidlertid hensiktsmessig å frilegge hele anodeflaten. For dette formål tapper man den badsmelte som er tilbake i cellekam-meret (men ikke badsmelten i det nedre kammer) ned i en særlig anordnet godt iso-lert beholder eller suger den over i en slik beholder. I det foreliggende tilfelle ut-gjør denne badsmelte 20—22 liter ved en dybde av cellen på omkring 60 cm. Denne badsmelte må føres tilbake til cellen såsnart den angrepne anode er komplettert, således som det beskrives i det følgende. For å forhindre at den badsmelte som er tatt ut på denne måte størkner under kompletteringen av anoden (dette arbeidstrinn krever bare kort tid) bruker man kjente forholdsregler (ovner o. 1. til å holde smeiten varm).

Kompletteringen av den delvis forbrukte anode utgjør et av de karakteristiske arbeidstrinn ved bruken av celler ifølge oppfinnelsen. På kullanodens fri flate anbringes det en regelmessig plate av elektrodekull, som er omkring 4 cm tykk og hvis øvrige dimensjoner tilsvarer anodens dimensjoner. Denne plate som f. eks. kan være omkring 80 x 70 cm skyves inn i den fri spalte mellom anoden og katoden og må anbringes slik på anoden at den hefter fast ved denne og at strømmen når den går gjennom kontaktflaten, ikke møter noen overdreven motstand.

For dette formål blir flatene før de bringes i berøring med hverandre påstrøket Søderberg-elektrodemasse eller grafitt og bek. Det kan også brukes andre egnede bindemidler.

Istedet for å skyve inn en hel plate i spalten, kan man også komplettere anoden med mindre stykker som da føyes sammen og danner den ønskede plate. Disse platedeler som skyves inn enkeltvis har samme tykkelse og lengde eller bredde som hele anodeplaten, mens den øvrige dimensjon utgjør en brøkdel av hele anodeplatens tilsvarende dimensjon. Når altså den anodeflate som skal dekkes er 80 x 70 cm kan man f. eks. bruke 5 platedeler på 16 x 70 cm. Disse platedeler anbringes ved siden av hverandre på anoden efter dennes lengde eller bredde til anodens hele flate er dekket og anoden således er komplettert.

Såsnart som dette er skjedd fører man tilbake i cellen nøyaktig så meget badsmelte som det ble tatt ut av den og regu-lerer spenningen slik at varmelikevekten gjenopprettes og det tynne sjikt av bindemiddel mellom den opprinnelige anode og de på denne anbragte plater eller platedeler sammenbakes tilstrekkelig raskt så at anoden og de kompletterende deler på samme forbindes mekanisk og elektrisk med hverandre.

Nu begynner cellens normale drift

påny».

Den kompletterbare anode ifølge oppfinnelsen består av et fast elektrisk ledende hovedsjikt av kull og et utskiftbart, fast, mot elektrolysebadet vendende kompletteringssjikt likeledes av kull og som utgjør den aktive anodeflate, og det karakteristiske hovedtrekk ved oppfinnelsen er at der mellom de nevnte to sjikt er et mellomrom i hvilket der befinner seg et permanent flytende, elektrisk ledende mellomsjikt som helt eller delvis består av badsmelte eller av smeltet metall av den art som fremstilles ved elektrolysen, f. eks. smeltet aluminium.

Ifølge et fordelaktig trekk ved oppfinnelsen er anodelegemets sider beskyttet med en bekledning av inert materiale som er i høy grad motstandsdyktig mot de omgivende gasser og mot de stoffer som er tilstede i elektrolysebadet eller som dannes i dette, og i det minste hovedsjiktets øvre flate er fortrinsvis bekledt med et varmeisolerende sjikt.

Oppfinnelsen omfatter også en fremgangsmåte til restaurering av anoder som ovenfor angitt. De karakteristiske hovedtrekk ved denne fremgangsmåte er at den periodiske komplettering av den konsumerte anode foretas ved at man lener et kompletteringslegeme mot den anodeflate som skal restaureres under dannelse av et snevert mellomrom mellom denne anodeflate og kompletteringslegemet, så at man muliggjør eller frembringer dannelsen av et permanent flytende, elektrisk ledende sjikt i nevnte mellomrom, fortrinsvis ved at man i den spalte som danner elektrolysecellen fører inn et kompletteringslegeme som enten består av en enkelt plate eller av flere stykker som passer sammen med hverandre, hvorved kompletteringslegemet føres inn mellom elektrodene i en liten, med åpningen oppadrettet, vinkel med anodeflaten, og efter innføringen brin-ger kompletteringslegemet i liten avstand fra anodeflaten, slik at elektrolyten tillates å forbli i mellomrommet mellom de mot hverandre vendende flater på den anode som skal kompletteres og på kom-pletterlngsplaten eller -stykkene, eller å trenge inn i dette mellomrom, og dreier kompletteringslegemet så meget i forhold til anodeflaten at det i sin endestilling er parallelt med denne flate.

Det er i mange tilfelle fordelaktig å føre inn en suspensjon av et kullstoffholdig materiale, som f. eks. kullstøv, i den elektrisk ledende væske i mellomrommet.

Når mellomsjiktet skal bestå av badet (elektrolytten), kan det frembringes ved å feste kompletteringssjiktet til anodens overflate mens elektrolysecellen innehol-der smeltet elektrolyt, så at et tynt flytende sjikt av elektrolyt automatisk dannes mellom anodeoverflaten og kompletteringssjiktet.

Når oppfinnelsen anvendes på vanlige elektrolyseceller for fremstilling av aluminium med horisontalt bad og en eller flere vertikalt innstillbare anoder av elektrodekull, f. eks. ferdigbrente anoder, kan kompletteringssjiktet av elektrodekullmateriale være en plate med flenser. Man lar denne plate flyte mens man senker anoden ned mot platen, inntil mellomrommet mellom denne og platen ligger under badets overflate. En lignende metode kan anvendes på selvbrennende anoder av Søderberg-typen, og som er herdet ved bruk (i det følgende betegnet «selv-brent» anode). Når

slike anoder restaureres ifølge oppfinnelsen, bortfaller den hittil anvendte metode

til restaurering bestående i å tilsette kull-pasta og å forskyve pluggene.

Alternativt kan hele overflaten av selvbrente anoder restaureres med flere

kullstykker som passer inn i hverandre, f. eks. rektangulære strimler, fortrinsvis med flens i det minste i én kant eller ende. Slike stykker eller strimler kan føres inn i badet enkeltvis eller side om side under badoverflaten når anoden er neddykket i badet.

Anoder ifølge oppfinnelsen kan også anvendes i elektrolyseceller med stasjonære elektroder hvis anoder er restaurer-bare, ved å føre inn et lag av kull, enten som en enkelt plate eller flere ved siden av hverandre anbragte stykker i de spalter som danner elektrolysecellene mellom de stasjonære elektroder, fortrinsvis i en liten vinkel med anodeflaten. Man beveger så platen eller stykkene parallelt i anodeflaten til den minste avstand fra denne hvor elektrolyt kan forbli eller trenge inn i mellomrommet mellom anodens overflate og platen eller stykkene. Disse kan hindres i å flyte opp i badet ved at de forsynes med stoppeinnretninger, fortrinsvis av inert materiale.

I det følgende beskrives som eksempler noen utførelsesformer for oppfinnelsen under henvisning til fig. 4—-7 i vedføyde teg-ning. I disse er

fig. 4 et delvis vertikalsnitt gjennom en flercelleelektrolyseovn med stasjonære elektroder,

fig. 5 et horisontalsnitt langs linjen

A—A på fig. 4,

fig. 6 en annen utførelsesform i horisontalsnitt langs linjen A—A på fig. 4, og

fig. 7 et vertikalsnitt gjennom en elek-trolyseovn med horisontal badoverflate og anoder som kan innstilles i vertikal retning.

I ovner med horisontale kontaktflater og innstillbar anode heves denne eller tas ut av badet under restaureringen. Når man på forhånd ikke har påført bindemiddel (dvs. et materiale som forkokses ved opp-varmning og herved danner mekanisk og elektrisk kontakt mellom anoden og restau-reringslaget), gjennomstrømmes normalt mellomrommet mellom anoden og restau-A reringssjiktet av badet i cellen. Man har imidlertid funnet at total-motstanden av det flytende lag og av de to kontaktflater kull-bad og bad-kull er meget mindre enn man kunne vente, forutsatt at øvre gren-ser for avstanden mellom flatene og visse strømtettheter ikke overskrides.

Denne kontakt mellom væske og kull muliggjør en lettere drift, en forenkling av restaureringsoperasj onene og en minskning av strømforbruket. Den medfører arbeids-besparelse: f. eks. behøver man ikke å tap-pe ut det smeltede bad fra cellen før anode-restaureringen og^føre tilbake badet til cellen efter restaureringen.

Oppfinnelsen kan med passende kon-struktive modifikasjoner anvendes på ovner med horisontale kontaktoverflater av vanlige typer. Oppfinnelsen kan onvendes også på ovner som allerede er installert, uten eller i høyden med mindre konstruk-tive modifikasjoner i sådanne.

I flercelleovner med stasjonære elektroder av den type som er beskrevet i patent nr. 96.856 kan platen eller de enkelte lister av kull for restaurering av anoden settes på plass uten noen særlige vanskeligheter. Badets spesifikke vekt er ca. 30 —40 pst. større enn elektrodemassens. Det kan inntreffe at friksjonen mellom kompletteringslegemet og anoden ikke er tilstrekkelig til å motvirke dette legemes opp-drift i badet. I slike tilfelle kan man lett med enkle anordninger, fortrinsvis av inert materiale (f. eks. forbehandlet magnesitt eller aluminiumoxyd eller aluminiumnitrid), hindre kompletteringslegemet fra å flyte opp.

Ved alle anvendelser, av oppfinnelsen passerer den elektriske strøm fra den opprinnelige anodedel til den restaurerte anodedel uten å måtte overvinne spenningstapet' ved den elektrolytiske spaltning som i alminnelighet anslåes til 1,7 volt.

I stedet for opptrer der en total motstand tilsvarende et spenningstap som delvis kan være av elektrokjemisk opprin-nelse, men som i praksis bare synes å ha statiske virkninger og er betydelig mindre enn den spenning som behøves for den elektrolytiske spaltning i badet.

Fra data i ovenstående tabell sees det at når driften foregår i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse med anode-rs restaurering fra badsiden og med flytende kontaktsj ikt, er tillegget til spenningstapet meget mindre enn man kunne vente på grunnlag av kjente nødvendige spaltnings-spenninger for tilsvarende elektrolysebad.

Dette kan imidlertid ikke lates ut av betraktning i og med at det totale spenningstap i celler som er i anvendelse i in-dustrien i alminnelighet varierer mellom 4,5 og 6 volt, mens tapene i enkeltcellene i flercelleovner med stasjonære elektroder, som ikke er restaurert ifølge oppfinnelsen, kan være lavere enn 3,5 volt.

Kontaktflaten mellom den opprinnelige anode og den restaurerte anodedel kan økes ved passende korrugering, slik at man får to flater som passer inn i hverandre. I en flercelleovn med faste elektroder kan man f. eks. som vist på fig. 4 til 6 — i stedet for å utforme det restaurerende sjikt (for hver av de bipolare mellomelektroder og den faste endeanode 19) som en plan plate, eller å danne det av strimler med plan overflate 15 (se fig. 5) så at der dannes en tilnærmet plan anodeoverflate — utføre den opprinnelige elektrodeoverflate med fordypninger og fremspring efter et profil som sagtenner og som strekker seg i vertikalplanet og dekke den med en kon-sumerbar plate 14 som kan restaureres og som har tilsvarende fordypninger og fremspring i tverrsnitt som vist skjematisk på fig. 6, altså med en økning i kontaktflate, f. eks. på 50—100 pst.

Detaljene ved restaureringens utførelse varierer eftersom det er stasjonære anoder i en flercelleovn eller anoder i vanlige ovner med horisontale lag som skal restaureres.

I flercelleovner med stasjonære elektroder foretrekkes det å føre inn forvarm-ede kullplater 14 eller tilsvarende strimler 15 i nesten vertikal stilling i de enkelte celler, inntil deres bunnkanter (fig. 4) hvi-ler på sjiktet 18 av inert materiale som skiller elektroden 19 fra det lavere kammer 20 for metallproduktet.

Moderate mengder (f. eks. fra 1 til 5 pst. av kompletteringssjiktets vekt) av smeltet aluminium helles inn mellom anoden 19 og kompletteringsplaten 14 eller strimlene 15, hvorefter kompletteringssjiktet legges på den konsumerte anode. Man må ta i betraktning at metallet vanligvis er tyngre enn badet. Derfor er det i første omgang formålstjenlig å føre inn det smeltede metall ovenfra i et allerede snevert mellomrom, så at metallet passerer lang-somt nedover og stopper praktisk talt der hvor de to anodedeler kommer i kontakt.

Når kullstøv skal være tilstede i mellomsjiktet, foretrekkes det i alminnelighet å blande kullstøvet med en liten mengde normalt smeltebad, og derpå å føre denne blanding inn i mellomrommet mellom anoden og kompletteringssjiktet ved en passende temperatur og med et visst over-trykk.

Kompletteringssjiktets tykkelse kan va-riere og er fortrinsvis fra 3 til 10 cm. Før kompletteringssjiktets anbringelse er det tilrådelig med et passende verktøy å skrape overflaten på den gamle anode og å skum-me bort fra badet eventuelle rester av anodens overflatelag som er konsumert under den foregående elektrolyse. I vanlige ovnstyper som vist som eksempel på fig. 7 er det bekvemt å trekke anoden helt ut av badet, og derpå å føre inn kompletteringsplaten 22 slik at den flyter på badet under anoden 21. Denne plate forsynes fordelaktig med en flens rundt kanten 22', med høyde f. eks. 1 cm. Den danner således en grunn skål. På platen kan der mens den flyter på badet spres et tynt sjikt 23 av fint kullstøv og aluminiumspon, eller litt av en intim blanding av bad med kullstøv, eller smeltet aluminium. Derefter senkes anoden raskt slik at den passer inn mellom platens flenser, hvorpå senkningen av anoden fortsettes, så at platen dykkes ned i badet til en passende avstand mellom denne og aluminiumkatoden 3.

Aluminium føres inn i mellomsjiktet i mengdeforhold som fortrinnsvis er fra 1 til 5 pst. av kompletteringssjiktets vekt.

Alf eftersom den elektrolytiske konsumering av anoden skrider frem, blir kompletteringsplaten tynnere. På et visst tidspunkt perforeres den, og aluminiumet i mellomsjiktet renner da ned gjennom badet til det katodiske aluminiumsj ikt. På dette tidspunkt eller når platen er konsu-mert for en stor del, men før væsken i mellomsjiktet renner ut, heves anoden på-ny fra badet. Rester av kompletteringsplaten fra en tidligere restaurering som måtte hefte til anoden kan uten vanskelig-het skrapes bort. Derpå anbringes en kompletteringsplate på badet således som allerede beskrevet.

Vanlige selvbrennende anoder som Søderberg-anoder kan restaureres på samme måte. Når disse er store, kan det være hensiktsmessig ikke å heve dem opp fra badet, men å føre inn i dem fra siden og enkeltvis flere kompletteringslister, fortrinsvis med flenser i endene, under den gamle anodes neddykkede grunnflate.

Følgende fordeler ved oppfinnelsen

fremheves:

(1) Restaurering av anoder ved bare å plasere kompletteringssjiktet på anoden gir i stasjonære flercelleovner den betydelige fordel at nødvendigheten av å ta ut badet av cellen før restaurering av anoden bortfaller. Dette forenkler betraktelig de nød-vendige operasjoner og minsker både den tid som kreves og varmetapet, samt ris ko for oxydasjon av de deler av kullelektroden som ikke dekkes av badet. Videre er det ikke nødvendig å behandle den restaurerte kullelektrode med bindemateriale som se-nere må forkokses for å oppnå fullstendig sammensveisning med den konsumerte anode. (2) I forbindelse med de horisontale ovner med ferdigbrente anoder som nu er alminnelig anvendt i aluminiumindustrien tillater oppfinnelsen å gjennomføre en lenge ønsket forbedring som tidligere ble forhindret av praktiske vanskeligheter, nemlig anvendelsen av en beskyttende bekledning på anodens sideflater og øvre flate, med et ytre sjikt 24, således som vist på tegningens fig. 7, hvorved anoden be-skyttes mot angrep av luftoxygen og av kulldioxyd som utvikles i badet, såvelsom mot elektrolytisk konsumering. Dette beskyttende sjikt kan være ganske tynt, og det kan bestå av aluminiumoxyd eller magnesiumoxyd (vanlig forbehandlet, smeltet eller sintret ved meget høye temperaturer), eller av aluminiumnitrid eller av andre stoffer som ikke, eller i meget liten grad, angripes av badet. Ved hjelp av oppfinnelsen kan således anoder gjøres anvend-bare i meget lange tidsrom.

Sådanne bekledninger kan anvendes også på sidene av vanlige selv-brennende anoder. (3) Oppfinnelsen gjør det mulig å frem-stille anoder i hvilke den elektriske motstand og varmetap ved stråling er meget små. Da ferdigbrente anoder ikke som det hittil var tilfelle forbrukes til en liten rest (som vist på fig. 2), kan flaten for kontakt mellom metallederne og anodenes permanente del økes betraktelig, og anodens øvre flate kan dekkes med et varmeisolerende materiale.

Videre tillater oppfinnelsen en lettvint komplettering av anoder uten at de celler hvor kompletteringen foregår behøver å settes ut av drift i noe vesentlig tidsrom.

Utførelsesformer for oppfinnelsen i hvilke elektrolysebadet anvendes som mellomsjikt er meget fordelaktige, og det er overraskende at der herved ikke finner sted noen nevneverdig elektrolytisk spaltning i mellomsjiktet.

Anoder ifølge oppfinnelsen er — som det fremgår av det foregående — godt eg-net til anvendelse i celler for fremstilling av aluminium elektrolyse av aluminiumoxyd som er oppløst i smeltflytende salter, men de kan også anvendes i celler for fremstilling av andre produkter ved elektrolyse av smeltflytende bad under anvendelse av kullanoder som under elektrolysen konsumeres ved kjemiske innvirkninger. Således er slike anoder meget fordelaktige ved elektrolyse av sådanne bad i nærvær av stoffer som er meget aggressive i kje-misk henseende.

Claims (19)

1. Komplettérbar anode av elektrodekull til anvendelse ved smeltelektrolyse, f. eks. for elektrolyse av aluminiumoxyd opp-løst i smeltet kryolit, hvilken anode består av et fast elektrisk ledende hovedsjikt og et utskiftbart, fast, mot elektrolysebadet vendende kompletteringssjikt av kull, hvilket kompletteringssjikt utgjør den aktive anodeflate, karakterisert ved at der mellom de nevnte to sjikt er et mellomrom i hvilket der befinner seg et permanent flytende, elektrisk ledende mellomsjikt som helt eller delvis består av badsmelte eller av smeltet metall av den art som fremstilles ved elektrolysen, f. eks. smeltet aluminium.

2. Anode ifølge påstand 1, karakterisert ved at anodelegemets sider er beskyttet med en bekledning av inert materiale som er i høy grad motstandsdyktig mot de omgivende gasser og mot de stoffer som er tilstede i elektrolysebadet eller som dannes i dette, samt ved at i det minste hovedsjiktets øvre flate fortrinnsvis er bekledt med et varmeisolerende sjikt.

3. Anode ifølge påstand 1 eller 2, karakterisert ved at det utskif t-bare sjikt av elektrodekull (plate) kan flyte horisontalt på badet eller i horisontal stilling kan dukke ned i badet, idet sjiktets (platens) rektangulære horisontale flate avslutter hele hovedsjiktets horisontale, aktive nedadvendende flate og fortrinsvis har en fremspringende kant (22') med hvilken den omfatter hovedsjiktets nedre kant.

4. Anode ifølge påstand 1 eller 2 hvor det utskiftbare sjikt består av flere lister av elektrodekull med rektangulært tverrsnitt som strekker seg helt over hovedsjiktet i en av dets dimensjoner, karakterisert ved at listene har en fremspringende karit på minst én ende, hvilken fremspringende kant omfatter en kant på hovedsjiktet.

5. Anode ifølge påstand 1, karakterisert ved at den har en skrå nedadvendende overflate.

6. Anode ifølge hvilken som helst av påstandene 1—5, karakterisert ved at tykkelsen av nevnte utskiftbare sjikt er i det vesentlige ensartet.

7. Anode ifølge hvilken som helst av påstandene 1—-5, karakterisert ved at de mot hverandre liggende flater på hovedsjiktet og på det kompletterende sjikt er forsynt med ujevnheter som passer inn i hverandre for å oppnå en større kontaktflate med mellomsjiktet.

8. Anode ifølge påstand 7, karakterisert ved at de nevnte overfor hverandre liggende flater er forsynt med rettlinjede rifler eller ribber eller er bølge-formede, slik at fremspringene på den ene overflate passer inn i uttagningene på den annen overflate.

9. Anode ifølge påstand 7 eller 8, karakterisert ved at det kompletterende sjikt har i det vesentlige samme tykkelse i alle fordypninger som ligger mellom fremspringene.

10. Anode ifølge hvilken som helst av påstandene 1—9, karakterisert ved at tykkelsen av nevnte mellomsjikt er høyst 2 mm.

11. Fremgangsmåte til restaurering av anoder som angitt i hvilken som helst av påstandene 1—10, karakterisert ved at den periodiske komplettering av den konsumerte anode foretas ved at man lener et kompletteringslegeme mot den anodeflate som skal restaureres under dannelse av et snevert mellomrom mellom denne anodeflate og kompletteringslegemet, så at man muliggjør eller frembringer dannelsen av et permanent flytende, elektrisk ledende sjikt i nevnte mellomrom, fortrinsvis ved at man i den spalte som danner elektrolysecellen fører inn et kompletteringslegeme som enten består av en enkelt plate eller av flere stykker som passer sammen med hverandre, hvorved kompletteringslegemet føres inn mellom elektrodene i en liten, med åpningen oppadrettet, vinkel med anodeflaten, og efter innføringen brin-ger kompletteringslegemet i liten avstand, fra anodeflaten slik at elektrolyten tillates å forbli i mellomrommet mellom de mot hverandre vendende flater på den anode som skal kompletteres og på kompletteringsplaten eller -stykkene, eller å trenge inn i dette mellomrom, og dreier kompletteringslegemet så meget i forhold til anodeflaten at det i sin endestilling er parallelt med denne flate.

12. Fremgangsmåte ifølge påstand 11, karakterisert ved at man fører inn et kullstoffholdig stoff, f. eks. kullstøv, i suspensjon, i det elektrisk ledende, flytende sjikt som befinner seg i mellomrommet.

13. Fremgangsmåte ifølge påstand 11, særlig for anvendelse ved smelteelektrolyse av aluminiumforbindelser for fremstilling av aluminium under bruk av en i vertikal retning innstillbar anode som konsumeres under elektrolysens forløp, karakterisert ved at man fordeler små mengder av et materiale inneholdende forkoksbare kullvannstoffer over den overflate på kompletteringslegemet som skal ligge mot den anodeflate som skal restaureres og legger kompletteringslegemet på anodeflaten når denne er varm, så at nevnte mellomrom i det minste stedvis utfylles og dannelsen av nevnte flytende sjikt muliggjøres i det til-bakeværende ikke utfylte rom mellom hovedsjiktet og kompletteringslegemet.

14. Fremgangsmåte ifølge påstand 11 eller 13, karakterisert ved atman for å minske spenningsfallet fordeler me-tallspon, særlig aluminiumspon, eller -korn eller lignende over anleggsflaten på det anodiske kompletteringslegeme før dette legges på anodens hovedsjikt.

15. Fremgangsmåte ifølge hvilken som helst av påstandene 11—13, karakterisert ved at et smeltet metall, særlig aluminium, føres inn utenfra i mellomrommet mellom anodens hovedsjikt og kompletteringslegemet.

16. Fremgangsmåte ifølge hvilken som helst av påstandene 11—14, k a r aJc t e r i-sert ved at man legger eller lener kompletteringslegemet mot anodeflaten mens der er elektrolytsmelte tilstede i elektrolysecellen, hvorved der av seg selv dannes et tynt, flytende, elektrisk ledende av elektrolytsmelte bestående sjikt mellom kompletteringslegemet og anodens hovedsjikt.

17. Fremgangsmåte ifølge hvilken som helst av påstandene 11—16 under anvendelse av minst én, i vertikal retning innstillbar og under normal drift delvis neddykket anode av elektrodekull, f. eks. en på forhånd brent eller en selvbakende anode, karakterisert ved at man an-bringer kompletteringslegemet av elektrodekull i form av en plate som fortrinsvis er forsynt med fremspringende kant, som flottør på elektrolysebadet, og ved at den anode som skal kompletteres og som på forhånd er hevet, føres ned på nevnte plate så langt at mellomrommet mellom anoden og kompletteringsplaten befinner seg under elektrolysebadets overflate.

18. Fremgangsmåte ifølge påstand 11, karakterisert ved at man fører inn et kullstoffholdig stoff, f. eks. kullstøv, i suspensjon i en del av elektrolyten eller i en annen ledende væske eller i smeltet aluminium, i mellomrommet mellom elektroden og det anodiske kompletteringssjikt.

19. Kompletteringsplate eller -stykker for anvendelse i fremgangsmåten ifølge hvilken som helst av påstandene 11—18, karakterisert ved at platen eller stykkene er forsynt med taklignende frem spring av inert materiale, f. eks. forbehandlet magnesiumoxyd, hvorved de hindres i å flyte opp.