NO120991B - - Google Patents

Description

Flercelleovn for smelteelektrolyse av forbindelser av metaller hvis spesifikke vekt er større enn elektrolysebadets spesifikke vekt, særlig for fremstilling av aluminium ved elektrolyse av aluminiumoksyd oppløst i smeltede salter, samt fremgangsmåte ved drift av denne ovn.

Foreliggende oppfinnelse angår en flercelleovn for smeltelektrolyse av forbindelser av metaller hvis spesifikke vekt er større enn elektrolysebadets spesifikke vekt, samt fremgangsmåte ved drift av sådanne ovner. Ovnen og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er særlig bestemt for fremstilling av aluminium ved elektrolyse av aluminiumoksyd oppløst i bad av smeltede salter som kryolitt, men kan med fordel også anvendes til ved elektrolyse av smelteflytende bad å fremstille andre metaller hvis spesifikke vekt er større enn vedkommende elektrolysebads spesifikke vekt. Således kan ovnen og fremgangsmåten anvendes til sådan fremstilling av f. eks. barium, beryllium, bly, kadmium, cerium, jern, strontium, tinn og andre tung-metaller, samt alkalimetaller og jordalkali-metaller.

Ved hjelp av foreliggende oppfinnelse oppnåes en minskning i arbeidshjelpen av anleggsomkostningene og driftsomkost-ningene særlig hva angår enhetenes kraftforbruk, samt en bekvemmere drift og et øket utbytte i sammenligning med de vanlige metoder og apparater som nu er i bruk og dessuten i sammenligning med de metoder og den apparatur som er angitt i patent nr. 96 856.

I den følgende beskrivelse av oppfinnelsen behandles særlig dens anvendelse på

aluminiumfremstililng ved elektrolyse av aluminiumoksyd som er oppløst i bad av smeltede salter.

I denne anvendelse muligggjør oppfinnelsen behandling av aluminiumoksyd som er mindre ren og billigere enn det vanlige aluminiumoksyd fremstillet ved hjelp av Bayerprosessen, samt fremstilling av aluminium av meget god kvalitet. Ved hjelp av oppfinnelsen oppnåes der nemlig en effekt som består i en progressiv klassifisering fra celle til celle i denne flercelleovn.

Ved hjelp av oppfinnelsen oppnåes der også mulighet til å gå over fra drift med flere celler i åpne rekker således som beskrevet i patent nr. 96 856 til drift i en lukket krets av flere celler og omvendt, således som muligheten til å frembringe en hovedsirkulasjon fra celle til celle i overensstemmelse med sirkulasjonene i de enkelte celler som også foregår i lukkede kretsløp (den sekundære sirkulasjon) uten at der oppstår motstrømmer og uten at boblene av anodegass tvinges til å følge lengere baner enn de gjør når flere ovner av vanlig art med horisontale elektrodeflater forbindes således at der frembringes en hovedsirkulasjon av badet bestående av smeltede salter.

Flercelleovnen ifølge oppfinnelsen omfatter celler forsynt med bipolare mellomelektroder som er stasjonære og har hel-lende flater, er elektrolytisk konsumerbare' og restaurerbare på de flater som konsu-[ nieres, samt atskilte endeelektoder utstyrt, med strømførende anordninger og atskilte j oppsamlingskammere for produkt fra hver^ enkelt celle, hvilke oppsamlingskammere i er anbragt under cellespaltene mellom elek-1 trodene. De karakteristiske hovedtrekk ved oppfinnelsen er at hver celle er forsynt med et for seg borttagbart lokk, at cellene kommuniserer med hverandre gjennom ledninger på slikt nivå at smeltflytende elektrolysebad kan passere fra en celle til en annen, at minst to grupper av celler er forbundet med hverandre i serie ved for-bindelses- og sirkulasjonsanordninger så at det smeltflytende bad kan sirkulere mellom cellespaltene, og ved sirkulasjons- og hevanordninger, samt er elektrisk forbundet med hverandre mellom nevnte strøm-førende anordninger, idet cellerekken er anordnet i form av en lukket sammenlagt «perlekjede» hvis to grener er anordnet på hver sin side av en langstrakt vegg av ildfast og elektrisk isolerende materiale.

Nevnte strømførende anordninger kan bestå av metallbolter.

Med uttrykket «perlekjede» menes her anordning av to eller flere grupper av celler (eventuelt omfattende tilførselsstasjo-ner og endekammere) i forbindelse med hverandre således som ovenfor angitt, altså i en kjede som perlene i et perlehalsbånd med en dobbelt streng. Denne dobbelte streng representeres her av anordningene for det elektriske strømkretsløp henholdsvis anordningene til å frembringe sirkulasjonen av det smeltede bad.

Uttrykket «sammenlagt perlekjede» be-tegner her anordning av de to grener (dvs. grupper av celler som strekker seg fra per-lekjedets «lås» til dets «hekte») ved siden av hverandre på hver sin side av nevnte langstrakte vegg som danner en felles side-vegg for cellene i de to grener. Cellene ligger på forskjellig nivå og nivåforskjellen mellom én celle og den tilstøtende celle i gruppen er overalt like stor. På den ende av to grupper som tilsvarer halsbåndets «hekte» er likeledes nivå for de celler i den ene gruppe og de celler i dens annen gruppe som kommuniserer med hverandre forskjellig. Den annen ende av gruppene som tilsvarer halsbåndets «spenne» ligger på det laveste nivå og der er her anordnet midler til å heve væsken i badet over den totale nivåforskjell i rekken av celler så at sirkulasjonen av badet ved hjelp av tyngde-kraften rundt hele «halsbåndet» av celler muliggjøres.

Der kan i en og samme ovn, dvs. i en enkelt beholder av metallplate foret med isolerende og ildfast materiale, anordnes to eller flere «perlehalsbånd» av celler. Disse er fortrinnsvis parallellkoplet i elektrisk henseende og fortrinnsvis anordnet med de ender som tilsvarer «spennen» til-støtende til hverandre, atskilt av en tverr-vegg av liknende materiale og med funksjon liknende til de langsgående mellomveggers funksjon.

I ovner for lukket kretsløp som ovenfor angitt, kan cellene være dekket med avtagbare lokk bestående av plater av varmeisolerende, ildfast, fortrinnsvis porøst og lett materiale, avpasset til å tillate passasje av gassene fra elektrolysen og/eller forsynt med huller for å lette disse gassers jpassasje. Ovnen kan videre være forsynt

■med avtagbare, ytre lokk av ildfast og varmeisolerende materiale,

i Når nevnte indre og ytre lokk tas bort over eller i nærheten av en celle i hvilken anodeflaten skal restaureres, forårsaker dette varmetap og lokal økning i badets viskositet eller størkning av dette. Herved stoppes badets sirkulasjon inn i og fra vedkommende celle under restaureringsopera-sjonen. Når derpå de indre og ytre lokk igjen settes på plass, vil den lokale temperatur i badet igjen stige, så at det smelter eller dets viskositet minskes så at sirkulasjonen av badet gjennom den celle hvis anodeflate er restaurert, vil begynne igjen automatisk.

Der kan videre anbringes anordninger ti] å regulere eller lukke enkeltvis ledningene som er uttatt i massive blokker anbragt på elektrodene og gjennom hvilke badet sirkulerer mellom til hverandre støtende celler. Disse anordninger består fortrinnsvis av plugger som er glidbare i huller i nevnte blokker slik at de kan for-snevre passasjen gjennom eller avstenge ledningene, idet pluggene er anordnet til å festes i forskjellige stillinger og manøvrer-bare fra et sted over cellene, fortrinnsvis over de foran nevnte avtagbare, indre lokk.

i De nevnte midler til hevning av badet eri fortrinnsvis anordnet i forbindelse med et! par lukkede endekammere i ovnens indre, i hvilke badet heves fra den siste celle på det laveste nivå til den første celle på det høyeste nivå som fortrinnsvis ligger i den ende av halsbåndet eller hvert halsbånd ay celler som representerer spennen.

Et viktig trekk ved ovnen ifølge oppfinnelsen er at nevnte endekammere og ledninger som forbinder halsbåndets grener for badets sirkulasjon mellom disse. alle er anbragt i indre vegger i ovnen, dvs. ikke bare inne i et bestemt aggregat av apparater men i en indre sone som er omgitt av elektrolyseceller. Også tappekammere som hvert kommuniserer med et av oppsamlingskammerne er anbragt på denne måte nemlig i nevnte langsgående vegg mellom de to grener av det langstrakte halsbånd av celler.

Ifølge et fordelaktig trekk ved oppfinnelsen er der anordnet en stabil elektrisk kontakt mellom katoden og metallet i vedkommende nedre kammer for oppsamling av metallet. For dette formål forsynes hensiktsmessig katodene med én eller flere lister av kull som strekker seg ned til bun-nen av vedkommende nedre kammer. Herved sikres en stadig elektrisk forbindelse mellom katodeflaten og det aluminium som er strømmet nedover katodeflaten og har oppsamlet seg på det nedre kammers bunn.

Forbruket av aluminiumoksyd under elektrolysens forløp erstattes hensiktsmessig på en eller flere tilførselsstasjoner i det indre kretsløp fortrinnsvis utenfor de spalteformede elektrolyseceller. Ved disse tilførselsstasjoner bringes aluminiumoksyd f. eks. til å falle nedover kontinuerlig ved hjelp av en avmålingsinnretning på elektrolysebadets overflate. Badet fornyes således kontinuerlig, sirkuleres hensiktsmessig og holdes på temperaturer som er høy-ere enn dem som i det følgende betegnes «kritisk temperatur» ved hjelp av et varmt og godt isolert kammer. Med uttrykket «kritisk temperatur» menes her den temperatur ved hvilken et bestemt bad bestående av smeltede salter blir så viskost at dets sirkulasjon i ovner ifølge foreliggende oppfinnelse hindres eller stoppes. Den kritiske temperatur er selvfølgelig alltid høy-ere enn den temperatur ved hvilken vedkommende bad størkner.

Det er kjent at det ikke er mulig å forhindre størkning av badets overflate i vanlige elektrolyseovner (på grunn av til-bøyeligheten til dannelse av overflateskor-per) og at det i sådanne ovner er uom-gjengelig nødvendig å bruke mekaniske midler påvirket av en viss kraft til å føre inn aluminiumoksyd i badene.

Det aluminium som dannes i de enkelte celler i ovnen ifølge oppfinnelsen tappes ut fra tappekammerne som kan anbringes i ovnsveggen mellom de to grener av kretsløpet. Tapningen utføres når denne vegg har nådd en høyere og praktisk talt jevn temperatur. Det er ikke tidligere kjent

å anbringe tappekammeret i varme inner-vegger. I slike vegger er der ingen eller nesten ingen temperaturgradient og de befinner seg på en praktisk talt stabil temperatur som overalt er ensartet og høy-ere enn badets og metallets kritiske temperatur. På den annen side er det ikke en ny idé å anbringe tappekammeret for aluminium basert på prinsippet kommuni-serende kar og å anbringe slike kammere i yttervegger på vanlige ovner for elektrolytisk fremstilling av aluminium, med horisontale badsjikt. Det har imidlertid ikke vært mulig i praksis å bruke slike tappekammere som i de vanlige elektrolyseovner bare kunne anordnes i ovnens yttervegger, idet man ble forhindret ved til-stedeværelsen av en temperaturgradient som var mere eller mindre steil i avhengig-het av varmeledningsevnen hos materialet i ytterveggene og veggenes tykkelse. Selv med forbedret isolasjon har de vanlige ovners konstruktive krav aldri tillatt drift i praksis med slike ytre tappekammere under oppnåelse av relativ kontinuitet og stabilitet. Tappekammerne var tilbøyelige til å tilstoppes f. eks. ved lokale størknin-ger av badet eller av metallet. Disse ulemper ble øket i vanlige ovner med horisontale badsjikt ved uunngåelige funksjonelle uregelmessigheter i katodebunnen. Sluttelig er det i vanlige ovner for elektrolytisk fremstilling av aluminium av innlysende grunner aldri foreslått å bruke indre skillevegger av inert ildfast materiale.

Foreliggende oppfinnelse utgjør en for-bedring ikke alene av fremgangsmåte og anordninger ifølge det foran nevnte patent nr. 96 856 og et betydelig teknisk frem-skritt i forhold til de prosesstyper og ovner som nu er i bruk (altså med horisontale mot hverandre stående elektrodeflater), men også i forhold til de kjente forslag til å forhindre for badsirkulasjon et vist antall elektrolyseovner for elektrolyser i smelteflytende salter på slik måte at badet ledes i et lukket kretsløp gjennom et bestemt antall ovner med vanlige konstruktive trekk. Et slikt forslag er gjort i U. S. patent nr. 2 451 490. I dette patent foreslåes det å tilføre en første ovn i en rekke et smeltet bad som er rikt på aluminiumoksyd og å bringe det bad som forlater den siste ovn i rekken og som har et lavt inn-hold av aluminiumoksyd tilbake til dets opprinnelige sammensetning før det påny føres inn i den første ovn i rekken. For dette formål foreslåes det å oppløse aluminiumoksyd som er tilstede i billige bauxitmalmer samt ved passende på-

I

følgende behandlinger å befri badet som på denne måte er anriket med aluminiumoksyd fra forurensninger og slagg. Anvendelse av dette forslag i industriell praksis vil imidlertid medføre nødvendigheten av å møte ulemper og å overvinne vanskelig-heter som er uovervinnelige i praksis og som i det vesentlige skyldes nødvendig-heten av å holde det fluorholdige bad (som er meget aktivt i kjemisk henseende) ved høyere temperatur av størrelsesordenen 950—1000° C på ethvert punkt av krets-løpet og følgelig også i de ledninger utenfor ovnene som forbinder disse. Ellers vil viskositet hindre sirkulasjon og størkning av badet (ved 850—900° C) avbryte sirkulasjonen. Det kan her være tilstrekkelig bare å nevne følgende: Den strekning badet under sitt kretsløp må gjennomløpe (da hver enkelt ovn er flere meter lang, vil de varmeoverførende overflater bli enormt store og likeledes den væskemasse som er nødvendig til å fremme sirkulasjonen av badet fra den første til den siste ovn i rekken), operasjonene for igangsetning og stansning av væskekretsløpet såvel som operasjonene for avpasning av den mengde bad som skal sirkulere, er ytterst vanskelige, de tallrike ytre baner i hvilke badet må bringes over den såkalte kritiske temperatur ved igangsetningen og holdes på en sådan temperatur under elektrolysen og under driftsavbryteiser, den kjensgjerning at den indre (sekundære) sirkulasjon i de enkelte ovner av vanlig type endres på en urasjonell måte ved innvirkningen av den ensrettede (hoved-) sirkulasjon fra en ovn til en annen, såvel som den omstendighet at innstillingen av avstanden mellom kull-anoden og katodemetallet og uttapningen av metallet fra de enkelte ovner i krets-løpet blir vanskelige operasjoner på grunn av de krav (f. eks. konstant temperatur og strømningshastighet) som stilles til badet som strømmer gjennom de enkelte ovner i kretsløpet, og de store badvolum samt store mengder bad som befinner seg i sirkulasjon, sett i forhold til den pr. tidsenhet pro-duserte mengde aluminium.

En hovedsirkulasjon av badet delvis inne i ovnen (som er av typen med bipolære elektroder) er beskrevet i sveitsisk patent nr. 293.187. Her er imidlertid ikke kretsløpet sluttet inne i ovnen og dessuten består elektrolysebadet av aluminiumklorid som ikke konsumerer elektrodene (som det er tilfelle med aluminiumoksyd) under elektrolysens formål, men som utvikler klor ved anoden. Ovnen ifølge det nevnte sveit-siske patent må derfor holdes hermetisk lukket. Den er innrettet til å arbeide ved 700° C og kan ikke anvendes for elektrolyse av aluminiumoksyd i fluorholdige smeltede bad og med konsumerbare kullanoder.

I de nevnte patenter er der ikke forutsett ioe om de konstruktive prinsipper og drifts-prinsipper som foreliggende oppfinnelse omfatter og som gjør det mulig med fordel å utføre elektrolyse i smeltede bad for fremstilling av aluminium.

I det følgende beskrives som eksempel I en utførelsesform for elektrolyseovnen i ifølge oppfinnelsen, dens driftsmåte og den I elektrolytiske prosess som utføres med isamme. Der henvises til vedføyde skjema-tiske tegninger, i hvilke: I Fig. 1 i grunnriss viser en «tvilling»-lovn ifølge oppfinnelsen bestående av to l«halsbånd» av celler hvorav hvert halsbånd har to grupper elektrolyseceller anordnet i serie. Cellene i de øvrige rekker er vist udekket, i den nedre rekke til høyre fullstendig dekket og i den nedre rekke til yenstre uten ytterlokk men med et indre lokk bestående av plater.

I Fig. 2a er et lengdesnitt gjennom den

hedre gruppe celler til høyre i den i fig. 1 viste ovn. Snittet er lagt etter linjene B

T-P, på fig. 4, 5, 6 og 7. Fig. 2b er et lengdesnitt gjennom den øvre gruppe celler til høyre i den i fig. 1 viste ovn. Snittet er lagt etter linjene C—C på fig. 4, 5, 6 og 7. I Fig. 3 viser i større målestokk en del av den i fig. 2a viste gruppe av celler.

i Fig. 4 er et tverrsnitt etter linjen E-E ii fig. 2a og 2b.

I Fig. 5 er et tverrsnitt etter linjen F-F på fig. 2a og 2b.

i Fig. 6 er et tverrsnitt etter linjen A-A pa fig. 2a og 2b og

I fig. 7 er et tverrsnitt etter linjen D-D

på fig. 2a og 2b.

I I ovnen ifølge oppfinnelsen hvor altså cellene ligger etter hverandre som perlene Het sammenlagt perlehalsbånd, kan cellene anordnes etter forskjellige mønstre (sett i i grunnriss) f. eks. i form av et rektangel eller i U-form eller S-form. Når et langt og smalt rektangulært rom er tilgjengelig, er det særlig fordelaktig å anordne cellene som to rektangler hvis ene kortside ligger mot hyerandre, som har uavhengige badkrets-løp, er koplet parallelt i elektrisk henseende og anbragt i en enkelt rektangulær ovn som kan betegnes som en «tvilling»-ovn. En slik utførelsesform er vist i fig. 1, i hvilken dé enkeltlinjede piler 1 skjematisk viser den elektriske strøms bane, mens de dobbelt-linjede piler 2 likeledes skjematisk viser elektrolysebadets strømningsretning (hovedsirkulasjonen). En metallbeholder 3 inneholder et cellehus 4 bestående av sjikt av ildfast, elektrisk-isolerende og varmeisolerende materiale. I dette hus er anbragt fire grupper celler 5', 5", 6' og 6". Disse grupper danner parvis to uavhengige «halsbånd» av celler utgjørende en tvilling-ovn, idet gruppene 5' og 5" danner det ene halsbånd og gruppene 6' og 6" danner det annet halsbånd.

De to cellegrupper i hvert halsbånd har en felles langstrakt mellomvegg 7 henh. 8 og de to halsbånd har en felles tversgående mellomvegg 9.

Isolasjonen over cellene skaffes ved borttagbare, isolerende sjikt f. eks. ytre lokk 10 og under disse liggende plater 11. Hver gruppe av celler i ovnen dannes av et visst antall enkeltceller (fig. 2a, 2b og 3). Der kan være innskutt mellomkammere eller tilførselsstasjoner 12 for tilførsel av aluminiumoksyd ved hjelp av tilførsels-anordninger 13.

De enkelte celler er utført således som beskrevet i patent nr. 96 856 med endeelektroder 14 (anoder) og 15 (katoder) forsynt med bolter 16 av metall f. eks. jern som er strømførende og med bipolære mellomelektroder 17. Anodene kan være restaurert med sjikt 18 (se fig. 3). Mellom elektrodene er der spalter 19 som utgjør selve cellene eller elektrolysekammerne, i hvilke badet 20 befinner seg. Under cellene ligger der kammere 21 for oppsamling av metallisk aluminium 22 og hvert forsynt med en uttapningsåpning 23. Cellene, elektrodene og uttapningskammerne er omgitt av en féring 24 av et materiale som er motstandsdyktig mot angrep av badet og metallet, ugjennomtrengelig, elektrisk isolerende og motstandsdyktig mot den temperatur som hersker i badet. Det er et dis-tinktivt og viktig trekk ved cellene i ovnen ifølge foreliggende oppfinnelse at der på kullelektrodene og over hele disses bredde er anbragt blokker 25 av et inert isolerende, motstandsdyktig og ugjennomtrengelig materiale som ovenfor nevnt. Disse blokker er forsynt med boringer 26 som utgjør ledninger gjennom hvilke cellene kommuniserer med hverandre, så at badet 20 kan sirkulere fra celle til celle, hvorved det bare utgjør en ubetydelig biledning for den elektriske strøm. Nevnte ledninger ligger på et lavere nivå enn gassoppsamlings-kammerne 27 over cellene. Blokkene 25 understøtter de nevnte borttagbare plater 11 som hensiktsmessig er av porøst materiale, så at gassene fra elektrolysen kan unnvike gjennom dem. For at platene lett skal kunne tas bort, kan de være forsynt med hull (ikke vist på tegningen). Gassene går ut gjennom åpninger 28. Blokkene 25 er også forsynt med vertikale boringer 29 i hvilke der er anbragt innstillbare plugger 30 for strypning av ledningene 26. Disse plugger er på fig. 2a, 2b og 3 vist i hevet stilling.

Uttapningsåpningene 23 kommuniserer med kammeret 31 (fig. 4) i meilomveggene 7 og 8. Der er også anordnet ytre uttap-ningsåpninger 47 med plugger 48 (fig. 4). Elektrodene i de enkelte celler helder i samme grad men fortrinnsvis i motsatt retning i de to cellegrupper i ett og samme halsbånd av celler, således som vist på fig. 2a og 2b.

Den ene av de to kortsider i hvert halsbånd av celler består i det vesentlige av to godt isolerte lukkede kammere av hvilke det ene kammers 32 bunn ligger på et høyere nivå enn det annet kammers 33 (fig. 6). Disse to kammere kommuniserer med hverandre gjennom en ledning 34 og begge kammere kommuniserer med de celler som støter opp til dem, nemlig den før-ste celle 35 henh. den siste celle 36 i hver sin av de to grupper celler halsbåndet består av. Den annen kortside kan være anordnet på liknende måte eller de to slutt-kammere kan her sløyfes hvis endecellene her ligger på samme eller omtrentlig samme nivå, i sistnevnte tilfelle kan de to endeceller forbindes direkte med hverandre f. eks. med en ledning 37 vist på fig. 7.

For ikke å komplisere tegningene mere enn nødvendig, vises ikke i disse de stabile elektriske kontakter (f. eks. kullister) som er anordnet mellom grafittkatoden og metallet i det nedre oppsamiingskammer for hver celle.

Materialene i ovnen ifølge oppfinnelsen kan være dem som brukes i vanlige

ovner hva angår metallbeholderen og de ildfaste og varmeisolerende sjikt i celle-huset (f. eks. porosit, pulverformig aluminiumoksyd, ildfast sten) og hva angår de langstrakte mellomvegger samt ytterlok-kene. Det innerste sjikt som er i direkte kontakt med det smeltede elektrolysebad og med det dannede, flytende metall, består som nevnt, av et materiale som ikke angripes av badet og metallet og som er lite porøst, fortrinnsvis av et materiale som på

forhånd er smeltet eller sintret ved meget

høye temperaturer, f. eks. corundum, alu-miniumnitrid eller magnesiumoksyd som på forhånd er smeltet på elektrisk vei. Materialet i de massive blokker 25 bør være en dårlig elektrisk leder, men temmelig

godt varmeledende i likhet med kull. På elektrisk vei smeltet magnesiumoksyd eller corundum (AI2O3) er brukt med godt re-sultat. Platene 11 som danner cellenes tak kan f. eks. være av materiale som er godt varmeisolerende, motstår temperaturer på 1000° C og fortrinsvis er porøst eller fibrøst og lett. Disse plater er avpasset slik at de holder gassjiktet over badet på tilstrekkelig høye temperaturer til at risiko for størk-ning av badoverflaten unngåes. Elektrodene er av kullstoffholdig materiale som angripes ved elektrolysen og som er i og for seg kjent, hva elektrodenes anodeside angår og av grafitt hva angår deres katode-side. Metallboltene er i alminelighet av jern eller stål som i og for seg er kjent.

Driften av ovnene ifølge oppfinnelsen foregår på følgende måte: Den elektriske strøm ledes gjennom kretsløpet av enkelt-ovner i retningen endeanode, bad, bipolær elektrode, bad, binolær elektrode osv. inntil endekatoden. Strømmen kan gjennom me-talledere tilføres hvilkensomhelst elektrode i ovnen som da bare vil virke som endeanode og forlate ovnen fra den (sett i badets sirkuasjonsretning) umiddelbart foregående elektrode som da utelukkende vil virke som endekatode og som selvfølgelig er isolert fra endeanoden.

Den elektriske strøm er både ved sitt innløp og sitt utløp fordelt i endeelektrodene ved hjelp av metallboltene i disse. Metallboltene ender fortrinnsvis alle i samme avstand fra den aktive elektrode-overflate. Dette kan oppnåes ved passende anordning av metallboltene, f. eks. i verti-kalplan som i horisontalplanet danner en rett vinkel med elektrodeflatene således som nevnt som eksempel i patent nr. 96 856 og som vist på høyre side av fig. 2a og 2b, eller ved å anordne metallboltene parallelt med elektrodeflatene som vist på venstre side av fig. 2a og 2b og i fig. 3.

Den bekvemmeste måte å forbinde ovnen med tilførsels.skinnene er å velge som endeelektrodepar (av hvilke den ene er anode og den annen katode) de to elektroder som befinner seg ved enden av halsbåndet av celler, idet disse forsynes med passende ledninger av metall. Retningen av de elektriske strømkretsløp er da således som vist på fig. 1.

En annen hensiktsmessig tilkopling av strømmen til ovnen består i å åpne «halsbåndet» av celler fortrinnsvis midt mellom ovnens ender ved å dele en bipolær elektrode i en anode 14' og en katode 15' hver forsynt med metallbolter, således som vist i midten av fig. 2a og 2b. I dette tilfelle er, i motsetning til hva der er vist i tegningene, de to elektroder isolert elektrisk fra hverandre.

Som foran nevnt passerer den elektriske strøm gjennom kretsen av celler i eri retning som fortrinnsvis er motsatt badets sirkulasjonsretning. Som også nevnt i det foregående går strømmen gjennom de bipolære elektroder og således fra en celle til den neste. Bare en meget liten del av strømmen passerer gjennom badet i ledningene 26.

I ovnen ifølge foreliggende oppfinnelse sirkulerer badet — utelukkende inne i ovnen — gjennom alle celler,.inntil det vender tilbake til den første celle fra hvilken det påny strømmer gjennom hele kretsløpet osv. Badets sirkulasjon fra den ene celle til1 den neste kan foregå gjennom ledninger anordnet i ovnens indre sidevegger, men fortrinnsvis i mellomveggene som skiller gruppene av enkeltceller, nemlig gjennom ledninger 26 gjennom den øvre del av mellomveggene som utgjøres av blokker 25 av passende materiale (fig. 3).

I Hastigheten av den sekundære sirkulasjon, dvs. badets sirkulasjon i hver enkelt celle, bør være så liten som mulig for ikke å hindre bunnfelning av aluminium. Hastigheten for badets hovedsirkulasjon bør være så stor at den sikrer en tilstrekkelig tilførsel av aluminiumoksyd selv i den celle som ligger lengst borte fra vedkommende tilførselsstasjon, med mindre man har anordnet separat tilførsel til hver enkelt celle.

Den sekundære badsirkulasjon, altså sirkulasjonen i hver enkelt celle, bør fortrinnsvis foregå nedover langs katoden og oppover langs anoden.

De problemer som stiller seg med hen-syn til å sikre badsirkulasjonen i ovner ifølge foreliggende oppfinnelse, skyldes hovedsakelig nødvendigheten av å holde ba'det i enhver del av kretsløpet på en temperatur (som er høyere enn den kritiske temperatur ved hvilken badet mister sin fluiditet) som er lik eller ligger nær opp til! den optimale driftstemperatur som kan være den temperatur ved hvilken elektrolyseceller fortiden drives. Ved denne temperatur er badet meget lettflytende og den strømningshastighet som må sikres er over-raskende moderat. Opprettholdelse av sirkulasjonen krever derfor overvinnelse av praktisk talt ubetydelige trykktap. Det er hensiktsmessig å begrense så meget som mulig og fortrinnsvis å utelukke muligheten avj at elektrisk strøm passerer ved siden av strømmen gjennom badet mellom de to endeceller som befinner seg under ovnens fulle spenning.

I patent nr. 96 856 er det angitt at den øvre del av den tversgående skillevegg mellom to til hverandre støtende celler hen-siktsmesig er dekket med et spesielt materiale som ikke angripes av badet og ikke er oksyderbart. Ovnen ifølge foreliggende oppfinnelse er ikke begrensest til her å anvende overtrekk, men den øvre del av veggene som delvis er neddykket i badet og inaktive i elektrolysen, kan ifølge oppfinnelsen hensiktsmessig bestå av en massiv blokk av materiale av nevnte art. Denne blikk hviler på den bipolære elektrode og kan fordelaktig festes til ovnens sidevegger. Istedetfor en blokk av materiale som nevnt, kan der også brukes en kullblokk som fullstendig er overtrukket av sådant materiale.

I den således dannede inaktive øvre del av veggene befinner ledningene 26 seg silk at der sikres i det vesentlige paral-lell bevegelse av badet etter strømlinjer. Badet strømmer gjennom ledningene 26 med den nødvendige hastighet når det sør-ges for en meget liten forskjell mellom badnivåene i to til hverandre støtende celler. Det er også mulig å la cellerekkene i hver av de to grener i form av et lukket halsbånd skråne ganske lite i badets strøm-ningsretning. Bad som strømmer ut av ledningene 26 kommer inn i de enkelte celler på deres katodeflater. Bare en del av det innløpende bad strømmer nedover langs katoden mens der på den motstående anodeflate dannes en oppadgående strøm som fremmes av gassutviklingen og av temperaturen. Denne oppadrettede strøm av væsken i badet forener seg med hoved-strømmen som går inn i utløpsledningen fra cellen.

Av fig. 7 sees at kanalene i veggene (horisontale blokker) over endeelektrodene i endecellene ved ovnens fri ende er forbundet med hverandre ved en ledning 37 som går igjennom den langsgående vegg som skiller de to grupper celler i hver krets. Ved den annen ende av hver gren av halsbåndet av celler er innskutt heveanord-ningen 32, 33 for badet som vil bli beskrevet i det følgende og som er vist på fig. 6.

Badets sirkulasjon gjennom de foran beskrevne ledninger krever at temperaturen i disse må være litt lavere enn temperaturen av badet i anodesonen, i det minste så lenge som hovedsirkulasjonen skal opp-rettholdes. Det kreves videre at badnivåene i de forskjellige celler kan innstille seg fritt med den nivåforskjell som er nødven-dig for å sikre den ønskede strømning, uavhengig av de moderate variasjoner i badets gjennomsnittlige nivå som kan inntreffe i ovnen under dens drift. Dette kan oppnåes ved øverst (ved 36) å lukke cellespaltene med de plater av isolerende materiale som er nevnt i det foregående. Disse plater hviler da på de tversgående rekker mellom to enkelte celler og er fortrinnsvis slik dimensjonert at de holder badets fri overflate på en temperatur som er høyere enn badets størkningstemperatur så at risikoen for skorpedannelser unngås. Som foran nevnt unnviker gassen fra de enkelte celler gjennom de porøse plater og om nødvendig gjennom åpninger med passende tverrsnittareal. Bare når vedkommende anode skal restaureres behøver en plate tas bort. Platene kan dekkes eller til-dels fylles med aluminiumoksyd. Ved den ende av grenen eller kretsen av enkeltceller hvor den ovenfor nevnte tversgående ledning ikke er anbragt, vises anordningene til å frembringe den nivåforskjell som er nødvendig for å overvinne de moderate trykktap under badets sirkulasjon i krets-løpet. På dette sted kan det også være hensiktsmessig å utføre tilførselen av aluminiumoksyd. Ved å forlenge ovnens sidevegger kan der f. eks. ved de to ved siden av hverandre liggende celler med det høy-este og det laveste badnivå anordnes to til hverandre støtende endekammere som tilsammen kan være f. eks. så brede som cellene. Disse endekammere kan ha vertikale eller skråttstillede vegger og de kan være så dype som det er nødvendig for å muliggjøre hevning av badet fra tid til annen eller til at heveanordningene kan anbringes i kammerne. Disse endekamme-res vegger kan være høyere enn cellenes vegger.

Disse endekammere bør være varmeisolert i en grad som er tilstrekkelig til å sikre at temperaturen av badet i disse kammere holdes over den «kritiske temperatur» som definert i det foregående. Dette let-tes på grunn av den kjensgjerning at den varme som utvikles i endecellene er relativt stor på grunn av det ohmske tap i kontakt-flatene mellom jern og kull. Varmeisola-sjonen blir vesentlig bedre hvis der anordnes to halsbånd av celler, dvs. to tvilling-ovner i ett enkelt symmetrisk aggregat på slik måte at de respektive endekammere ligger tilstøtende til hverandre. I slike anordninger kan det også være hensiktsmessig å anbringe stasjonene for tilførsel av aluminiumoksyd ved de to cellepar med høyeste og laveste nivå i stedet for på midten av grenen av celler, som vist i fig.

1, 2a og 2b. Der kan også anordnes en kilde for tilførsel av ytterligere varme til endekammerne og stasjonene for tilførsel av aluminiumoksyd.

Som nevnt er det på minst ett sted av kretsen av celler og fortrinnsvis ved den ene ende av dette nødvendig å heve badet. Dette kan skje ved anordninger som man-øvreres med hånden, men fortrinnsvis brukes der pneumatiske anordninger. Badet heves da så meget at det kan strømme inn i den celle i ovnen hvor badnivået er høy-est. Fortrinnsvis lar man badet løpe tilbake til den første celle i den ene gruppe av celler i en gren fra den siste celle av den annen gruppe i samme gren (hvilke celler ligger ved siden av hverandre) i en intermittent strøm og kontakt for å unngå elektriske sidestrømmer. Som allerede nevnt er spenningsfallet mellom disse to celler det maksimale, dvs. det totale spennings-fall i ovnen. Det er mulig med fordel å anvende hevesystemer som avbryter badets kontinuitet. Badets passasje gjennom kammerne kan hensiktsmessig finne sted som beskrevet i det foregående i forbindelse med fig. 6.

Hvert av endekammerne kommuniserer med den tilstøtende celle gjennom langsgående ledninger 39, 40 (fig. 6). Badet vil i endekammeret 33 som ligger tilstøtende til endeanoden, innstille seg på et nivå som er ganske lite lavere enn nivået i den til-støtende celle, men badets nivå i det annet endekammer 32 må holdes høyere (f. eks. noen decimeter høyere) ved under kraft-påvirkning å tilføre den hertil nødven-dige mengde av badet.

En hensiktsmessig måte til å heve badvæsken fra det ene kammer til det annet er følgende: Kammeret 33 med det lavere nivå kommuniserer med den tilstøtende celle gjennom én eller flere kanaler 39 forsynt med en enkel tilbakeslagsventil (f. eks. en kuleventil 41, fig. 3) av motstandsdyktig, ildfast materiale med spesifik vekt lavere enn badets spesifike vekt. Kulen kan f. eks. være av kull som er overtrukket med på elektrisk vei smeltet magnesiumoksyd eller aluminiumoksyd. Denne tilbakeslagsventil virker slik at den tillater badet bare å strømme ut fra den siste celle til endekammeret med det laveste nivå og forhindre det fra å strømme tilbake til denne celle. Hver kammer er oventil lukket og varmeisolert ved hjelp av et nøyaktig til-passet lokk 10. De to endekammere kommuniserer videre med hverandre gjennom én eller flere kanaler 34. Den del av endekammeret 33 med det laveste nivå som ikke er opptatt av badet, kan vekselvis bringes tii å komunisere gjennom en ledning 44 med en tank (ikke vist på tegningen) inne-holdende en inert gass og med en utløps-åpning. Den inerte gass kan f. eks. være gasser fra elektrolysen og må holdes på et trykk som er tilstrekkelig til å overvinne trykkfallet mellom de to endekammere. Dette trykkfall kan utgjøre noen tiende-deler av en atmosfære. Ved å innstille antallet og hyppigheten av trykkforandringer og varigheten av overtrykkperioder og peri-oder med atmosfæretrykk i kammeret 33, oppnåes intermittent overføring av den ønskede mengde av badet fra kammeret 33 tili kammeret 32 selv om den tetning som frembringes av kuleventilen 41 ikke er fullstendig. Kammeret 32 er forsynt med en lufteledning 45.

1 Ved den annen ende av cellegruppene i en' gren av ovnen foregår badets passasje frå den ene endecelle til den annen gjennom én eller flere ledninger 37 som går gjénnom skilleveggen 42 mellom de to grupper av celler. Ledningen eller ledningenes 37 tverrsnittsareal og lengde velges slik at

styrken av den elektriske strøm som passerer gjennom samme begrenses til en liten del f. eks. 2—3 pst. av den strøm som pas-serar gjennom ovnen og mellom nevnte endeceller. Ledningene 26 mellom hvilkensomhelst av to til hverandre støtende celler i ovnen begrenses på liknende måte. Det nødvendige aluminiumoksyd tilføres kontinuerlig eller intermittent gjennom ett eller flere kammere, tanker eller spalter som er innskutt i kretsen av celler på slik måte at badet kan strømme gjennom disse. Slike tilførselsstasjoner kan anordnes f. eks. ved endene av kretsene av celler eller på midten av en gruppe celler, således som vist ved 12 og 13 på fig. 2a og 2b. Herved unngåes anodeeffekter eller disse minskes betydelig. Det er således ikke nødvendig, sorri det er tilfelle i vanlige ovner, hyppig å bryte opp skorper på badet, heller ikke beh'øver hver enkelt celle direkte å tilføres aluminiumoksyd som det er tilfelle i anordningen ifølge patent nr. 96 856.

Fra tilførselsstasjonen 12 som forsynes av en tilførselsanordning 13, går alumini-umoksydet inn i badets hovedstrøm som i den i fig. 2a og 2b viste utførelsesform bringes til å gå under en vegg 38 og inn i et tilstøtende kammer, og derfra til den elektrolysecelle som ligger nærmest til-førselsstasjonen.

Uttapningen av det metall som danner seg, under elektrolysens forløp utføres i ovnen ifølge oppfinnelsen fortrinnsvis gjennom vertikale kammere av hvilke ett er anvendt for hver celle i murverket av ildfast materiale mellom de to cellegrupper i hver gren, slik som vist på fig. 4. Hver celle er i sin nedre del forsynt med en ut-løpsledning 23 (fig. 3) som er horisontal og kommuniserer med et vertikalt kammer 31 (fig. 4) som strekker seg oppover til cellens overkant. Det flytende aluminium fyller ledningen 23 og stiger i kammeret 31 til et nivå som er noen centimeter lavere enn badets nivå i cellen, idet badets spesifike vekt er lavere enn metallets. Disse uttapningskammere i ovnens indre, langsgående vegg befinner seg på en temperatur som er tilstrekkelig høy til å forhindre størkning av metallet og av badvæske som måtte være tilstede. Kammerne 31 er oventil lukket med lokk 46 som er meget tykke for å sikre varmeisolasjon.

Uttapningen av metallet utføres ved hjelp av sugerør som periodisk dykkes ned i metallet ovenfra i overensstemmelse med kjente fremgangsmåter. Der er også mulighet for uttapning av ovnen f. eks. når ovnen skal tømmes fullstendig, nemlig gjennom åpninger 47 med plugger 48 av ildfast materiale som vist på fig. 4.

Restaurering av anodene utføres fortrinnsvis etter uttapning fra vedkommende celle og fortrinnsvis etterat strømmen på forhånd er slått av. I norsk patent nr. 96 856 og i kanadisk patent nr. 576 184 er der beskrevet metoder ved hjelp av hvilke det er mulig å utføre restaurering av anodeflater (som er konsumert på grunn av elektrolysens virkning) enten ved å senke badnivået i cellen så meget at hele anodeflaten ligger udekket og derpå påføre anodeflaten en plate eller lister av anode-restaurerende materiale påført et sjikt bindemiddel, eller alternativt — når det f. eks. dreier seg om fyllte celler — ved bare å legge det nye stykke eller de nye stykker anodekull på den konsumerte anodeflate. I nevnte patenter er også omtalt den omstendighet at den økning i spenningstapet som inntreffer i således restaurerte anoder kan minskes til en brøkdel av 1 volt.

Fra driftssynspunkt er det viktig og utgjør et karakteristisk trekk ved foreliggende oppfinnelse, at den i det følgende beskrevne foretrukne fremgangsmåte for uttapning og restaurering av anodene i de enkelte celler kan utføres på passende tids-punkter under ovnens drift, dvs. etter in-dikasjon av kontrollanordningene (instru-menter for måling av nivåene, strømstyrken og spenningene, termo-koplinger osv.) som for enkelthets skyld og fordi de ikke utgjør noen del av oppfinnelsen, ikke er vist i tegningene. Når i celler som vist i fig. 3 det restaurerbare sjikt 18 av anoden er konsumert helt eller for største delen, slåes fortrinnsvis strømmen av og det ytre lokk 10 tas bort, så at man får tilgang til vedkommende celles lokk 11 som også tas bort. Den avkjøling som herved inntreffer kan være tilstrekkelig til at badet i de tilstøt-ende ledninger 26 størkner, så at badets sirkulasjon avbrytes. Hvis dette ikke inntreffer og hvis der er anordnet vertikale hull 29 med plugger 30, kan badets sirkulasjon avbrytes eller man kan bidra til avbrytelsen ved å senke pluggene 30, så at ledningene 26 strypes eller avstenges. Der-etter fjernes lokket 46 (fig. 4) på det tappe-kammer 31 som kommuniserer med ved-kommendes celle og ved hjelp av sug tas det dannede metall og en viss ytterligere mengde av samme ut, dvs. man tar ut så meget metall som er nødvendig for å bringe badets nivå i cellen til å synke under nivået på det materiale 24 (fig. 3) på hvilket anoden hviler, og i særdeleshet under nivået for det parti 18 av anoden som skal restaureres. Derpå føres det nye ano-departi inn i cellen og legges mot den konsumerte anodeplate. Det nye parti av anoden kan bestå av en kompakt kullplate eller flere elementer som tilsammen utgjør en slik plate. Med mellomlegg av et bindemiddel (som f. eks. inneholder kullvann-stoffer og har et høyt smeltepunkt) legges disse elementer eller denne plate mot anodeflaten. En del av den uttatte badvæske føres så inn igjen i cellen gjennom tappekammeret, nemlig en så stor mengde som er nødvendig til at badets nivå i vedkommende celle stiger til et nivå som ligger mellom badnivåene i de to tilstøtende celler. Derpå legges platen 11 på cellen og den elektriske strøm sluttes. Sluttelig legges også lokket 10 tilbake på plass før eller etter at pluggene 30 er hevet.

I det følgende beskrives som eksempel en av de mange mulige utførelsesformer for ovnen og fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse.

Eksempel.

Ovnen i den utførelsesform som her beskrives er av den type hvor enkeltcellene er anordnet i likhet med et enkelt perlehalsbånd (dvs. den er ikke av typen «tvillingovn» som vist i fig. 1). Den består av i det hele 28 enkeltceller som er delt i to grupper, nemlig en gruppe på 12 celler (gruppe a) og en annen gruppe på 16 celler

(gruppe b). De to cellegrupper atskilles av en enkelt langsgående vegg mellom gruppene. De to endekammere for hevning av badets nivå er innskutt mellom den sjette og den syvende celle i gruppe a regnet fra gruppens venstre ende. Endeanoden i den sjette celle og endekatoden i den syvende celle i gruppe a er forbundet med skinner for tilførsel av elektrisk strøm. Der er anordnet to stasjoner for tilførsel av aluminiumoksyd, nemlig én i hver gruppe. Tilfør-selstasjonen i gruppe a er innskutt mellom den niende og den tiende celle, og tilfør-selsstasjoner! for gruppe b etter den femte celle regnet fra ovnens motsatte ende.

Elektrodeflatenes heldning i forhold til vertikalplanet er lik en vinkel på +30° i cellene av gruppene a og en vinkel på —30° for cellene i gruppe b, dvs. cellene helder i samme grad i forhold til vertikalplanet, men i motsatt retning i de to grupper. Hver cellespaltes minste bredde, dvs. avstanden mellom de to elektrodeblokker som avgrenser cellespalten, holdes i foreliggende utførelsesform mellom 4 og 8 cm.

(I alminnelighet er cellespaltenes bredde mindre enn 15 cm og fortrinnsvis mellom 4 og 12 cm). De tversgående mellomveggers tykkelse er i alminnelighet mindre enn 30 cm og i foreliggende utførelsesform varie-rer den periodisk fra 22 til 26 cm. Lengden av kanalene i de massive blokker som er lagt på de bipolære elektroder (i alminnelighet større enn 15 cm), er i foreliggende utførelsesform omkring 18 cm. Dette vil si at de elektriske sidestrømmer utgjør mindre enn 2 pst. av den totale strøm-styrke.

Cellenes massive blokker og inner-vegger samt kammere i kontakt med badet og metallet er féret med på elektrisk vei smeltet aluminiumoksyd. De permanente deler av de bipolære mellomelektroder er av grafitt og den restaurerbare anode av elektrodekull. Denne anodes opprinnelige tykkelse er 4 cm.

Badets volum går periodisk opp til en maksimalverdi på omkring 50 liter i hver celle når man ikke tar i betraktning volumet av cellenes siloformede parti. Volumet av kammerne for oppsamling av metall bør være større enn den nevnte maksimalverdi for badvolumet i hver celle for at man uten besværligheter kan utføre den periodiske restaurering av konsumerte anoder i forbindelse med uttapning som beskrevet i det foregående. I foreliggende utførelsesform er volumet av kammerne under cellene % større enn det maksimal-volum som nåes i hver celle. Hver celle

i

(cellespalte) har i horisontal retning på

tvers av ovnens lengderetning en bredde på 86 cm og hver celles aktive elektrode-flate har, regnet i vertikal retning, en dybde på omkring 60 cm. De aktive anode- og katodeflater har i projeksjon på vertikalplanet et areal på 4800 cm<2>. (Dette areal «s» er selvfølgelig mindre enn det effek-tive areal «S». (s = S. cos a, hvor a er elektrodeflatenes heldningsvinkel med vertikalplanet).

i Når ovnen drives med 2500 ampére er strømtettheten beregnet på elektrodeflatenes projeksjon på vertikalplanet omkring

0,5 ampére pr. cm<2>. Hva angår strømmens

passasje er hvilkensomhelt av to til hverandre støtende celler koplet i serie.

En ovn i den beskrevne utførelsesform kan med et kraftforbruk på f. eks. omkring 250 kw og med en spenning nær opp til 100 volt, produsere omkring y2 tonn aluminium pr. døgn. Om ønskes er det mulig å oppnå en produksjon på 1 tonn aluminium pr. dag eller mere ved å øke enkelt-cellenes dimensjoner og/eller antall og/eller antallet av kretser («halsbånd») av enkeltceller (f. eks. bruke en tvillingovn).

I den beskrevne utførelsesform sirkulerer badet i en retning som er motsatt den

elektriske strøms retning. Badets sirkulasjon krever i alminnelighet en strømnings-hastighet på fortrinnsvis fra 30 til 150 ml pr. I sek., i foreliggende utførelsesform er strømningshastigheten fra 50 til 100 ml pr. sek. I de to tilførselsstasjoner for aluminiumoksyd føres der totalt inn i badkrets-løpet fra 11 til 13 g aluminiumoksyd pr. sek., idet den nøyaktige mengde som tilføres pr. tidsenhet er avhengig av badets strøm-ningshastighet og av andre driftsbetingel-ser.

Uttapning av metallisk aluminium foretas i alminnelighet hver 4. dag for hver enkeltcelles vedkommende. I foreliggende utførelsesform tappes aluminium ut fra 7 celler pr. døgn. Hver celle gir da en netto-produksjon på 65—70 kg metallisk aluminium. Tapningen utføres fortrinnsvis ved å suge metallet fra tappekammerne som er anordnet i ovnens varme mellomvegg. Det! lokk som oventil lukker vedkommende kammer tas da bort, et tapperør føres ovenfra ned i kammeret og tas bort igjen når tapningen av metallet er avsluttet.

|I fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse kan kryolitbadets temperatur og sammensetning være den vanlige. Dette er også tilfelle i foreliggende utførelsesform. Man kan arbeide med et aluminiumoksydinnhold i badet på omkring 5 pst. i den

celle som ligger lengst borte fra tilførsels-stasjonen for aluminiumoksyd og med et aluminiumoksydinnhold på omkring 11 pst. i den eller de celler som ligger nærmest denne tilførselsstasjon.

I foreliggende utførelsesform er badets strømningshastighet i ledningene 10—20 mm pr. sek. og hovedkretsløpets strøm-ningshastighet i cellene 1—2 mm pr. sek.

Det vil av foregående forståes at det ikke er nødvendig å ta bort de enkelte cellers lokk for tilførsel av aluminiumoksyd. Dette er bare nødvendig i de tilfeller hvor restaurering av anoden i en enkeltcelle skal utføres. I foreliggende utførelsesform fore-taes restaurering av anoder således som beskrevet i det foregående og umiddelbart etter en uttapning av metall, dvs. etter en 4 døgns periode eller et multiplum av en sådan periode. Restaurering av anodene kan utføres ved å legge kompletterings-legemer på anodene, således som beskrevet i kanadisk patent nr. 576 183 eller som beskrevet i norsk patent nr. 96 856.

Det er imidlertid også mulig å arbeide på følgende måte: lokkene 10 tas bort, ikke bare fra den celle hvis anode skal restaureres, men om nødvendig også fra de to tilstøtende celler, de varmeisolerende plater (indre lokk) 11 tas likeledes bort, ledningene 26 til de tilstøtende celler lukkes ved hjelp av pluggene 30 og den elektriske strøm slåes av. Uttapning foretas derpå ved å suge metallet fra vedkommende tappekammere inntil badets nivå synker til veg-gen 24, på hvilken den anode som skal restaureres hviler, således at denne vegg ikke er dekket av badet. Platene eller list-ene av kull (på hvilke der på forhånd er påført bindemiddel på kontaktflaten) legges på anodeflaten og det overskytende metall som er tatt ut av kammeret (dvs. overskuddet over cellens virkelige produksjon) helles tilbake i kammeret, så at badet igjen stiger fra oppsamlingskammeret for metall under cellen, så at det i det vesentlige fyller cellen. Den elektriske strøm sluttes så og lokkene legges på cellen.

Etter en viss tids forløp vil driftstem-peraturen igjen innstille seg automatisk også i kanalene eller ledningene mellom cellene, så at pluggene 30 som ble ført ned i ledningene, ikke lenger fastlåses av størk-net bad, men lett kan løftes og festes i den hevede stilling.

Det er fordelaktig at ledningenes 26 tverrsnittsareal og lengde mellom to til hverandre støtende celler er slik at de sikrer den krevde strømningshastighet for badet (f. eks. 50 til 100 ml pr. sek.) uten at man behøver å gripe til vesentlige nivå-forskj elligheter. På den annen side må ikke strømningshastigheten være overdre-vent stor. Det er hensiktsmessig å holde hovedkretsløpets strømningshastighet i ledningene eller kanalene lavere enn 50 mm pr. sek. I de sekundære kretsløp, dvs. kretsløpene mellom anode og katode i de enkelte celler, er det vanskelig å måle strømningshastighetene som sannsynligvis helt eller delvis er uavhengige av hoved-kretsløpets strømningshastighet.

Da fluorholdige bad er meget lettflytende er den nivåforskjell som kreves for å sikre sirkulasjonen gjennom hele rekken av celler, ikke stor. Nivåforskjellen for hele ovnens vedkommende er i alminnelighet ikke over størrelsesordenen noe desimeter. Dette forenkler selvfølgelig problemet hevning av badets nivå fra tid til annen, i den her beskrevne utførelsesform fra nivået i den sjette celle (cellen med et laveste nivå) til nivået i den syvende celle (cellen med det høyeste nivå) i cellegruppen a.

Den elektriske strømretning er som nevnt, motsatt badets hovedsirkulasjons-retning. Strømmen går fra katodeflaten i én celle til anodeflater i den påfølgende celle. De moderate nivåforskjelligheter i ovnen ifølge oppfinnelsen tillater en lett-vindt forandring fra drift av ovnen som to adskilte flercelleovner med alle plugger 30 i ledningene 26 senket ned i disse og med anordningen til hevning av badnivået ute av virksomhet til drift av ovnen med en lukket krets av celler, og omvendt. Når enkeltcellene har nådd normaltemperatur for full drift, kan pluggene 30 lett heves. Anordningen til hevning av badets hovedsirkulasjon gjennom alle ovnens enkeltceller begynner.

Forbruket av materialer (som kull og fluorforbindelser) såvelsom den nødvendige arbeidskraft, er mindre eller i hvert fall ikke høyere enn i industrielle ovner med horisontale sjikt og innstillbar elektrode-avstand som hittil anvendt. Forbruket av energi er 30 til 50 pst. lavere i ovner ifølge oppfinnelsen enn i industrielle ovner, som nevnt. Ved ovner for samme produksjon er også anleggsomkostningene betydelig lavere for ovner ifølge oppfinnelsen enn i de nevnte hittil anvendte ovner.

Ovnene ifølge foreliggende oppfinnelse gir også betydelige fordeler fremfor flercelleovner som beskrevet i patent nr. 96 856, således f. eks. en bedre mulighet til effek-tiv isolasjon av ovnens øverste del og sider og derav følgende minskning av den del av den elektriske kraft som må overføres

til varme, høyere produksjonskapasitet,

mindre arbeidshjelp, forenklet restaurer-

ing av anodene, tapning uten nødvendig-

het for å ta badet ut av cellene og uten at metallet er i kontakt med badet. Videre gir ovnene ifølge oppfinnelsen i sammen-

ligning med ovnene ifølge nevnte patent,

en forbedret utjevning av varmen i badet fra én celle til en annen, en mindre til-bøyelighet til dannelse av skorper, mulig-

heten av å bruke mindre rent aluminium-

oksyd som utgangsmateriale, samt mulig-

heten til fremstilling av metall av høy kvalitet ved hjelp av den separering og klassifisering som åpenbart kan oppnåes når badet sirkulerer gjennom rekker av celler med hver sin uttapningsanordning som det er tilfelle i ovnene ifølge forelig-

gende oppfinnelse.

Ovnene ifølge oppfinnelsen kan med

fordel brukes til andre fremgangsmåter for elektrolyse av smeltede salter. Disse ovn-

ers anvendelsesområde er altså ikke be-

grenset til fremstilling av metallisk alu-

minium fra aluminiumoksyd. Ved sist-

nevnte anvendelse kan der anvendes andre aluminiumforbindelser enn aluminium-

oksyd og andre elektrolysebad enn dem som inneholder fluorider som fremherskende bestanddel.

Det er å merke at der for klarhets

skyld i tegningene ikke er vist tilstede-

værelse av badvæske i ledningene 26, 34

og 37.

Claims (18)

1. Flercelleovn for elektrolyse av for-

bindelser av metaller hvis spesifikke vekt er større enn elektrolysebadets spesifikke vekt, særlig for fremstilling av aluminium ved elektrolyse av aluminiumoksyd som er oppløst i bad av smeltede salter, hvilken ovn omfatter celler forsynt med bipolare mellomelektroder som er stasjonære og har heldende flater, er elektrolytisk konsumerbare og restaurerbare på de flater som konsumeres, samt med endeelektroder utstyrt med strømførende anordninger, samt adskilte oppsamlingskammere for produkt fra hver enkelt celle, anbragt under cellespaltene mellom elektrodene, karakterisert ved at hver celle er forsynt med et for seg borttagbart lokk (10), ved at cellene kommuniserer med hverandre gjennom ledninger (26) på slikt nivå at smelteflytende elektrolysebad kan passere fra én celle til en annen, ved at minst to grupper av celler er forbundet med hverandre i serie ved for-bindelses- og sirkulasjonsordninger så at det smelteflytende bad kan sirkulere mel lom celle-spaltene, og ved sirkulasjons- og heveanordninger, samt er elektrisk forbundet med hverandre mellom nevnte strøm-førende anordninger, som f. eks. kan bestå av metallbolter (16), idet cellerekken er anordnet i form av en lukket sammenlagt «perlekjede«» hvis to grener er anordnet på hver sin side av en langstrakt vegg (7, 8) aV ildfast og elektrisk isolerende materiale. 12. Ovn ifølge påstand 1, karakterisert ved ;at de katodiske elektroder er av grafitt 'og de anodiske elektroder er av elektrodekull.

3. Ovn ifølge påstand 1 eller 2, karakterisert ved at minst to «perlekjeder» av celler er anbragt i et hus (4) av varmeisolerende, elektrisk isolerende og ildfast materiale, hvilke «perlekjeder» fortrinsvis er parallellkoblet i elektrisk henseende og fortrinsvis anordnet med sine «lås»-ender tilstøtende til hverandre og med sine leng-sinej lengdesider i forlengelsen av hverandre, samt atskilt fra hverandre ved en på tvers av «perlekj edene» forløpende, fortrinsvis rett vegg (9) av ildfast og elektrisk isolerende materiale. ji.

Ovn ifølge hvilkensomhelst av de foregående påstander, karakterisert ved at den |er forsynt med et tak (11) av borttagbare! plater av ildfast og varmeisolerende materiale, og over dette tak, med borttagbare! ytre lokk (10).

5. Ovn ifølge hvilkensomhelst av de foregående påstander, karakterisert ved at forbindelsen mellom ovnens celler, for badets strømning fra én celle til en annen, består av over elektrodene forløpende ledninger (26) som er uttatt i massive blokker (25) som danner elektrodenes øverste del og som består av eller er dekket med materiale som er ugjennomtrengelig for og motstandsdyktig mot angrep av det smelteflytende bad, er elektrisk isolerende og lite varmeisolerende, som f. eks. på elektrisk vei smeltet magnesiumoksyd.

6. Ovn ifølge hvilkensomhelst av de foregående påstander, karakterisert ved at de bipolare elektroder (17) og de massive blokker (25) danner tversgående skillevegger mellom cellene, sammen med skillevegger (24) av ildfast, fast materiale med tilstrekkelig høy spesifikk elektrisk mot-stand og liten porøsitet og som er motstandsdyktig mot angrep av det smeltede badsj bestanddeler og av det flytende metall, hvilke skillevegger skiller fra hverandre de enkelte oppsamlingskammere (21) for produkt, idet de strekker seg nedover fra de bipalere elektroders nederste ende.

7. Ovn ifølge hvilkensomhelst av de foregående påstander, karakterisert ved at der for enkeltvis å innstille gjennomløps-tverrsnittet av eller stenge ledningene for badets sirkulasjon mellom til hverandre støtende celler er anbragt anordninger som fortrinsvis består av plugger (30) som er glidbare i boringer uttatt i de massive blokker (25) slik at de går på tvers av nevnte ledninger, hvilke plugger er innrettet til å festes i forskjellige høyder og er manøvrerbare fra et sted ovenfor cellene.

8. Ovn ifølge hvilkensomhelst av de foregående påstander, med minst én stasjon (12) for kontinuerlig tilførsel av utgangsmateriale, f. eks. aluminiumoksyd, hvilken stasjon omfatter en måle- og/eller regu-leringsanordning for utgangsmaterialet, karakterisert ved at denne stasjon er innskutt i «perlekjeden» av celler og er forbundet med et inne i ovnen anordnet lukket kammer som tillater at badvæsken i to til hverandre støtende celler kommuniserer.

9. Ovn ifølge hvilkensomhelst av de foregående påstander, omfattende i og for seg kjente anordninger til å heve badvæsken så at den sirkulerer fra et lavere nivå til et høyere nivå, karakterisert ved to kammere (32, 33) ved strømkretsløpets ende i «perlekjeden» eller i hver av «perle-kjedene» av celler, hvorav det ene kammers (32) bunn ligger høyere enn det annet kammers (3) bunn, hvilke kammere er innskutt mellom to på hverandre følgende celler i «perlekjeden», idet de to kammere kommnniserer med hverandre og med vedkommende to tilstøtende celler, og nevnte i og for seg kjente anordninger til å heve badvæsken er forbundet med ett av kam-rene (32, 33), slik at badvæsken kan heves fra en lavereliggende celle til en høyere-liggende celle ved å fortrenges fra kammeret med den lavereligggende bunn til kammeret med den høyereliggende bunn.

10. Ovn ifølge påstand 9, karakterisert vd at kammeret med den laveste bunn er delt i to avdelinger ved en vertikal skillevegg (133) som går ut fra kammerets tak og ender i nærheten av dets bunn, av hvilke den største avdeling kommuniserer med den tilstøtende celle og på sitt øvre parti er forsynt med en åpning (44) for tilførsel av gass, forbundet med utenfor kammeret liggende anordninger til efter ønske og fortrinsvis med regelmessige tidsintervaller å innlede inerte gasser slik at der i avde-lingen oppnåes midlertidige moderate over-trykk, mens den mindre avdeling i sitt øvre parti kommuniserer med kammeret med den høyereliggende bunn.

11. Ovn ifølge påstand 9 eller 10, karakterisert ved at forbindelsen mellom kammeret med den lavestliggende bunn og den tilstøtende celle frembringes ved en eller flere ledninger som er forsynt med en enkel kuletilbakeslagsventil (39, 41) av ildfast materiale som ikke angripes av elektrolysebadet og har lavere spesifikk vekt enn elektrolysebadet.

12. Ovn ifølge hvilkensomhelst av de foregående påstander, karakterisert ved at der i den indre langstrakte vegg (7, 8) mellom grenene av «perlekjeden» av celler er anbragt lommer (31) i et antall som er likt cellenes antall, hvilke lommer hver ved sin nedre del står i forbindelse med et av de enkelte oppsamlingskammere (21) for smeltet metall, f. eks. aluminium, som er dannet i cellene og er lukket med lokk (46) som sikrer varmeisolasjon samt er borttagbare så at metall kan tas ut av lommene ved sugevirkning.

13. Fremgangsmåte ved fremstilling av aluminium ved elektrolyse av aluminiumoksyd oppløst i et bad av smeltede salter, i ovner som angitt i hvikensomhelst av de foregående påstander, karakterisert ved at man utfører uttapningen av det fremstil-lende metall periodisk ved sugevirkning og uten kontakt med elektrolysebadet, fra de enkelte uttapningslommer som hver kom-mulniserer med de enkelte kammere under cellene for oppsamling av metall, hvilke uttapningslommer ligger på innersiden av den lukkede «perlekjede» av elektrolyse-spalter eller celler, så at metallet i lommene holdes ved en temperatur som er høyere enn aluminiumets «kritiske temperatur», eller fortrinsvis høyere enn temperaturen i det kryolittbad som anvendes.

14. Fremgangsmåte ifølge påstand 13, karakterisert ved at man før restaureringen av anoden i en celle avdekker badet i om-rådet om vedkommende celle så at man ved avkjøling minsker eller blokerer passasje av elektrolysebadet til og fra vedkommende celle, og avbryter den elektriske strøm for elektrolysen, og ved at man efter restaureringen av anoden i cellen igjen tilfører elektrisk strøm og på ny dekker det av-dekkede område om cellen så at temperaturen påny stiger hvorved blokeringen oppheves og badets hovedsirkulasjon gjennom vedkommende celle gjenopprettes.

15. Fremgangsmåte ifølge påstand 14, karakterisert ved det trinn at man efter avbrytelsen av den elektriske strøm fra vedkommende celle uttar et volum metall som er i overskudd over den mengde som for tiden dannes og så stort at badnivået i cellen senkes inntil elektrolysespalten mellom elektrodene er fullstendig tom, hvilken uttagning av metall utføres ved uttapning fra den lomme som er forbundet med vedkommende celle, samt ved det trin at man derpå fører tilbake til vedkommende uttapningslomme det uttatte overskudd av metall så at badnivået i cellen stiger inntil rommet mellom elektrodene påny er fylt før man igjen tilfører elektrisk strøm.

16. Fremgangsmåte ifølge påstand 14 eller 15, karakterisert ved at ledningene som forbinder den celle hvor restaureringen foregår og de tilstøtende celler strypes i det tidsrom anoderestaureringen varer.

17. Fremgangsmåte ifølge hvilkensom- helst av påstandene 13—15, karakterisert ved at man bringer badet til å sirkulere i lukket kretsløp i «perlekjeden» av celler i den retning som er motsatt den konven-sjonelle retning (anode-bad-katode) av den elektriske strøm.

18. Fremgangsmåte ifølge hvilkensomhelst av påstandene 13—17, karakterisert ved at man utfører igangsetning henholdsvis avbrytelse av elektrolysebadets hovedsirkulasjon i det lukkede kretsløp av celler i «perlekjeden» ved å gå fra drift av de celler som ikke kommuniserer med hverandre til drift av de celler som kommuniserer med hverandre, henholdsvis omvendt.