NO122558B - - Google Patents

Description

Flercelleovn med en med trinn forsynt bunn for

elektrolytisk fremstilling av alumxnium.

Oppfinnelsen angår en forbedring av flercelleovner med bi-

polare elektroder for fremstilling av aluminium ved elektrolyse av opplost aluminiumoxyd i smeltebad inneholdende fluorforbindelser.

Oppfinnelsen angår mer spesielt utformningen av karbunnen

til flercelleovner av f.eks. den i norsk patent nr. 111.355 be-

skrevne type. Det er kjent at mens i tradisjonelle ovner med Soderberg-anode eller brente anoder for fremstilling av aluminium

ved elektrolyse av aluminiumoxyd opplost i et kryolyttholdig bad det carbonholdige materiale i karet og selve aluminiumet virker som katode, og det fremstilte aluminium oppsamles på bunnen av karet og således utgjor en eneste, kontinuerlig, overflateav-

setning, skal derimot karet i de ovenfor beskrevne flercelleovner

bare tjene(til å inneholde badet og metallet som avsettes på bunnen av selve karet etter å være blitt utskilt på de bipolare elektroders katodiske overflater og på tilkoblingskatoden. I de nevnte, tradisjonelle ovnstyper blir med andre ord den vanlige, metalliske av-setning katodisk polarisert og den elektriske energi strommer gjennom denne mens derimot dette ikke forekommer eller ikke nod-> i •

vendigvis må forekomme i de nevnte flercelleovner.

I de sistnevnte ovner vil derimot dersom kontinuiteten av den på karbunnen oppsamlede metallavsetning ikke brytes, en be-traktelig mengde elektrisk energi bli "shuntet" av selve metallet som er en utmerket stromleder, og folgelig fores forbi elektrode-systemet og !derfor ikke kunne nyttes for elektrolysen.

For å 'unngå denne ulempe er det blitt foreslått å utforme oynsbunnen egnet måte, d.v.s. slik at metallet vil oppsamles som adskilte,avsetninger på tvers av strommens retning gjennom ovnen.

Således er f.eks. i det nevnte norske patent nr.111.355 den med ildfast og inert materiale belagte ovnskarbunn slik utformet at den på tvers av karet, tilveiebringer adskilte spor som er egnet for adskilt oppsamling av det ved elektrolyse på enkeltelektro-denes katodiske overflate fremstilte, metall etterhvert som dette synker ned ved sin egen tyngde.

Disse tverr spor er utformet i det ildfaste materiale ved

hvert mellomrom mellom elektrodene.

Ifolge italiensk patent nr. 802.6V7 kan sonene for oppsamling av smeltet metall være lommer, som også henevnes opp^samlingsr eller tappelommer, innelukket i eller dannet av vegger r

eller skilledeler av materialer med hoy elektrisk motstand og ragende over ovns bunnens overflate.

Hva gjelder antallet av disse spor eller oppsamlingslommer, er den optimale betingelse. for fordeling av metallavsetningen at antallet skal være minst lik antallet mellomrom mellom elektrodene og at det under hvert elektrodemellomrom, d.v.s. under hver celle, skal være minst ett spor eller oppsamlingslomme.

Selv om det ved anvendelse av disse kjente bunnutformnlnger unngåes at strommen ledes forbi og gjennom den metalliske av-setning, innebærer disse bunnutformnlnger endel ulemper på grunn av det store antiall oppsamlingslommer eller -spor som på den annen side er nodvendig for, i overensstemmelse med hva som er tilsiktet i de nevnte patenter, å fordele metallavsetningen og derved unngå en forbiledning av strommen.

Ulempene består i det vesentlige i nødvendigheten av at selve metalltappingen må gjentas så mange ganger som antallet metallopp-samlingslommer på forskjellige steder i ovnen, og dette gjor det nodvendig i flere soner av ovnen å bryte den badskorpe som dannes på overflaten til elektrodemellomrommene og i spaltene mellom elektrodene og karveggene, hvorved ovnens varmelikevekt forandres.

Det er dessuten nodvendig å forskyve elektrodene for over sporet eller lommen som anvendes for oppsamling, å få et fritt mellomrom som er tilstrekkelig stort til at tappeanordningen kan innfores. Avstanden mellom elektrodene kalle» "interpolaravstand" og er fortrinnsvis minst 5 cm.

Alle de nevnte operasjoner som selvfølgelig må utfores mens ovnen er i det minste delvis utildekket, hvorved ovnens varmelikevekt forandres, medforer tidstap og tærkbare driftsvanskelig-heter.

En annen ulempe i forbindelse med lommene for tapping eller oppsamling av aluminium under hver celle inntreffer når skille-veggene på grunn av sprekkdannelse eller inntrengning av smeltet metall ikke lenger egner seg som elektrisk isolerende materiale. I dette tilfelle kortsluttes to eller flere lommer, og forbiled-ningen av strommen vil oke mens stromutbyttet vil avta.

Det taes ved foreliggende oppfinnelse sikte på å tilveie-bringe en flercelleovnbunn som ikke har de ovennevnte ulemper,

men som fremdeles byr på de fordeler som er forbundet med vanlige, kjente ovner.

Denne oppgave loses ved den i patentkrav l's overbegrep angitte flercelleovn som er særpreget ved de i patentkrav l's karakteriserende del angitte trekk.

Det har vist seg at det er tilstrekkelig å forsyne bunnen

med trinn som kan være lave men klart fremspringende, slik at det ved elektrolyse fremstilte, smeltede aluminium avsettes på bunnen i form av en £ynn film som strommer nedad hénimot oppsamlingslommen eller lommene på en usammenhengende måte, idet hvert trinn bryter og derfor gjor filmen eller strommen av flytende-, metall usammenhengende, og det vil derfor ikke eller bare i meget

begrenset grad være mulig for den elektriske strom å forbiledes gjennom métallavsetningen.

På denne måte, og dette er et meget viktig trekk ved foreliggende oppfinnelse, er det mulig å redusere antallet oppsamlingslommer og derved også antallet tappinger.

Ut fra de ovennevnte betraktninger vil det være klart at det foretrekkes å anvende et så lite antall oppsamlingslommer som mulig og helst én enkelt oppsamlingslomme. Ved fastsettelsen av antallet oppsamlingslommer vil selvfølgelig antallet elektrodemellomrom som virker som elektrolyseceller eller, med andre ord, ovnens dimensjoner måtte tas i betraktning.

Antallet trinn som ender i oppsamlingslommen, vil i virkelig-heten på den.ene side være avhengig av antallet celler som oppsamlingslommen skal betjene, og på den annen side både av egen-skapene til det ildfaste materiale til den bunn hvor de nevnte trinn er utformet og de bipolare elektroders dimensjoner.

i

Det forekommer selvfølgelig i praksis på grunn av tykkelsen til karbunnens ildfaste materiale visse grenser hva gjelder antallet trinn !for oppsamlingslommene.

i

Det vil folgelig anvendes et storre antall oppsamlingslommer

i ovner med et stort antall bipolare elektroder.

Det er imidlertid i ethwert tilfelle mulig å anvende en enkelt oppsamlingslomme for minst tre elektrolyseceller, d.v.s tre elektrodemellomrom, og allerede dette innebærer et avgjbrende skritt henimoit den tilsiktede forbedring.

i

Hva gjelder selve anordningen av de i bunnen utforte trappe-trinn, foretrekkes det å anvende ett trinn for hver celle, bortsett fra for én celle umiddelbart over metalloppsamlingslommen, på en slik måte at trinnets "tak" som er en horisontal overflate eller oppsamlingsoverflate, vil være anordnet under et elektrodemellomrom slik at takene til to sammenhengende trinn vil være anordnet under to ved siden av hverandre anordnede celler.

Det er mulig å utfore de nevnte tak eller.oppsamlingsover-flater for trinnene slik at de ikke er helt horisontale, men f.eks.

svakt skrånende for derved å fremme stromning av metallet nedad og henimot oppsamlingslommen. Takene kan også være svakt skrånende

i den motsatte tetning eller konkave og danne en overlbpsdemning.

i ■

Trinnets "vegg", d.v.s. den loddrette side, behbver ikke å ha en fullstendig loddrett stigning, men kan ha en loddrett utstikkende stigning.

Oppfinnelsen vil i form av et eksempel bli nærmere beskrevet

under henvisning til tegningene, hvor

fig. 1 skjematisk viser et lengdesnitt gjennom en flercelle-

ovn med en med trinn forsynt bunn ifolge oppfinnelsen og med én oppsamlingslomme,

fig. 2 og 3 skjematisk et lengdesnitt i en storre målestokk

av to forskjellige kanttyper for de nevnte trinn,

fig. ^, 5 og 6 skjematiske lengdesnitt av forskjellige ut-formninger av trinnene,

fig. 7 skjematisk et lengdesnitt av en flercelleovn med en

med trinn forsynt bunn ifolge oppfinnelsen og to oppsamlingslommer,

og

fig. 8 skjematisk et lengdesnitt gjennom en stor flercelleovn

med en med trinn forsynt bunn ifolge oppfinnelsen og med to oppsamlingslommer.

Ifolge den på fig. 1 viste utfdrelsesform av oppfinnelsen

loper trinnene 1 nedad fra ovnsendene henimot ovnens sentrale om-

råde hvor det er anordnet én enkelt oppsamlingslomme 2 for opp-

samling og tapping av det utskilte, smeltede aluminium.

Fig. 2 og 3 viser to forskjellige kanttyper 3 som er gunstige

for å oppnå det nodvendige brudd i den tynne film eller metall-

strom h til dråper h' og som strommer på trinnets overflate henimot underliggende trinn eller oppsamlingslomme.

Fig. h - 6 viser skjematisk forskjellige utformninger.av

trinnene. Ifolge fig. h heller taket eller toppen av trinnene ned-

over i nedstromsretning en, og veggene skråner utad. På fig. 5 og 6 er taket eller toppen av trinnene avskåret eller henholdsvis konkavt på lignende måte som en overlopsdemning.

Metallet som oppsamles i sporene eller fordypningene i de på

fig. 5 og 6 viste trinn, strommer selvfølgelig straks nedover fra disse, og de må derfor ikke blit tatt for å være de virkelige metallloppsamlingslommer som heri også er betegnet som "tappelommer".

Selve utformningen av trinnene er ikke begrensende for oppfinnelsen, og på den annen side utgjor heller ikke utformningen av trinnoverflåtenes kant og trinnenes front noen del av opp-

finne Isen.

Den på fig.7 skjematisk viste flercelleovn er en annen praktisk utforelsesform av foreliggende oppfinnelse med trinn 1 som loper nedad fra ovnens sentrale del henimot ovnens ender hvor to oppsamlingslommer 2 er anordnet for oppsamling av det smeltede metall.

Ifolge oppfinnelsen kan ovnsbunnen ha én tilbakevendende konstruksjon, d.v.s. en konstruksjon som er en periodevis gjentagelse av de ovennevnte ovnsbunner.

Fig. 8 gir en nærmere forklaring på hva som er ment med ut-trykket "periodevis gjentagelse"3om anvendt heri idet den viser en ovn som kari betraktes som om den utf jtjres av en serie sammen-kobling av to;ovner lignende den som er vist på fig. 1, og hvor f.eks. det benyttes en enkelt tilkoblingsanode 8 og en enkelt endekatode 9. ,

Denne sist viste utforelsesform av foreliggende oppfinnelse er spesielt egnet for ovner med et stort antall celler da, dersom det skulle være nodvendig å anvende en bunn utformet som vist på fig. 1 eller fig. 7, den' sentrale oppsamlingslomme eller de to endeoppsamlingslommer ville befinne seg for langt fra hverandre for en ovn med så store dimensjoner ved anvendelse av et elektrodesystem bestående av bipolare elektroder 5, tilkoblingsanode 8 og endekatode 9.

i

Det er nodvendig å unngå faren for at elektrolyttbadet 6 skal storkne og tilstoppe oppsamlingslommen eller -lommene og derved gjore det praktisk umulig å tappe det fremstilte metall. Ved den praktiske utforelsesf orm av f oreliggen.de oppfinnelse som vist skjematisk på fig. 8 er det godt mulig å drive 10 celler med bare 2 opppsamlingslommer uten at oppsamlingslommene befinner seg så langt bort fra det elektrolytiske system at de ovennevnte ulemper vil oppstå.

Det bor bemerkes at de på fig. 1, 7 og 8 skjematisk viste flercelleovner har den foretrukne anordning av en rekke store eller små trinn for dette elektrodesystem, d.v.s. at det ved å anvende dette system fåes et praktisk talt vannrett, flatt trinntak for oppsamling av aluminium som tilsvarer hvert elektrolytisk mellomrom eller celler 7 slik at takene, d.v.s. de vannrette eller praktisk talt vannrette overflater, til to nabotrinn er anordnet

i

for to naboceller.

Claims (10)

1. Flercelleovn med bipolare elektroder for fremstilling av aluminium ved smelteelektrolyse av aluminiumoxyd opplost i smeltede bad inneholdende fluorforbindelser, idet ovnen har et kar av ildfast, elektrisk uledende materiale med en bunn forsynt med spor eller lommer for oppsamling og tapping av det ved elektrolysen fremstilte aluminium,karakterisert vedat antallet av spor eller oppsamlingslommer (2) for det smeltede aluminium i ovnsbunnen er mindre enn antallet av mellomrom (7) mellom de bipolare elektroder (5) og at bunnen er forsynt med trinn (1) som hvert omfatter en praktisk talt vannrett eller svakt avskrånet overflate ( k) (tak)og en praktisk talt loddrett eller utadskrå-nende overflate (vegg), og som er avtrappet mot sporene eller opp samling slommene.

2. Flercelleovn ifolge krav 1,karakterisert vedat forholdet mellom antall oppsamlingslommer og antall mellomrom (7) mellom de bipolare elektroder er mindre enn eller lik 1:3.

3. Flercelleovn ifolge krav 1 eller 2,karakterisert vedat trinnenes (1) tak er svakt avskrånet i en retning som fremmer en nedadrettet strom av metall henimot lommen for oppsamling av selve metallet (FigA). h.

Flercelleovn ifolge krav 1 eller 2,karakterisertved at trinnenes tak er svakt avskrånet i en retning motsatt metallets stromningsretning nedad henimot oppsamlingslommen for selve metallet (Fig.5).

5. Flercelleovn ifolge krav 1 eller 2,karakterisertved at trinnenes tak er svakt uthulet på lignende måte som en overlopsdemning (Fig. 6).

6. Flercelleovn ifolge krav 1-5,karakterisertved at under hvert mellomrom (7) mellom de bipolare elektroder, bortsett fra mellomrommet over metalloppsamlingslommen, er et trinn anordnet på en slik måte at trinnets tak spenner over mellomrommet og en del av den nedre overflate til de to naboeléktroder på hver side av mellomrommet.

7. Flercelleovn ifolge krav 1-6,karakterisertved at trinnenes kanter har en utstikkende del (3) for å fremme oppbrytningen av filmen av det flytende metall som strammer nedad henimot oppsamlingslommene.

8. Flercelleovn ifolge krav 1-7,karakterisertved at trinnene (1) fra ovnskarets ender er avtrappet mot ovnskarets sentrale område hvor én enkelt oppsamlingslomme (12) for det smeltede metall er anordnet (Fig.l).

9.. Flercelleovn ifolge krav 1-7,karakterisertved at trinnene (1) er avtrappet fra ovnskarets sentrale område mot ovnskarets ender hvor to oppsamlingslommer (2) for det smeltede metall er anordnet (Fig. 7).

10. Flercelleovn ifolge krav 1,2,8 eller 9,karakterisert vedat bunnen har en konstruksjon som er en periodevis gjentagelsef av bunnen ifolge krav 1,2, 8 eller 9.