NO126034B - - Google Patents

Description

Anode for elektrolyse av aluminium i

fluoridsmelte.

Ved smelteelektrolyse av oksyder anvendes i mange tilfeller kullanoder hvor surstoffet utskilles mens oksydets metall frigjores ved katoden.

Når det gjelder fremstilling av aluminium blir en alkalialumini-umfluorid-smelte som inneholder A1_0 elektrolysert ved hjelp av kullanoder ved temperaturer mellom -ca. 9-4\ -0 og 1.000 oC. Ved disse skiller oksygen seg ut mens aluminium samler seg på kullbunnen som danner katoden i cellen. Oksygenet som fremkommer ved spalt-ingen av Al^O^, reagerer fullstendig med kullet under dannelse av C02 og CO. Kullanoden forbrukes og må fra tid til annen innstilles i samme hoyde over smeiten og skiftes ut etter langvarig bruk. For å fremstille 1 kg aluminium forbrukes i praksis ca. ^50 g anodekull.

Foreliggende oppfinnelse angår en anode som ved smelteelektrolyse av aluminiumoksyd ikke reagerer med oksygenet og folgelig ikke forbrukes.

Anoden i henhold til oppfinnelsen utmerker seg ved at den består av 80% - 99% Sn02 som elektronledende oksydkeramisk material (oksydiske halvledere) som er meget kjemisk motstandsdyktige overfor de smelteelektrolytter hvor aluminiumoksydet er lost, samt ytterligere metalloksyder, som Fe^O^, ZnO, Cr20^, Bi2<0>^ og/eller ^^ >^ i hvorved sintringsegenskapen ved brenningen og/eller den elektriske ledningsevne forbedres.

For å forbedre den elektriske ledningsevne kan det eksempelvis anvendes Ta20^, Nb20^ og/eller WO^.

Sb20^ er et hjelpestoff som ikke bare forbedrer sintrings-egenskapene, men også den elektriske ledningsevne til SnC^. Ved stoffblandinger med en sammensetning på fra 9<*>+ til 93 vektprosent Sn02, 2 til 6 Fe20^, 3 til 7 ZnO og 1 til h Ta20^ ble det ved 1.000°C funnet en ledningsevne på mellom 0,1 og 10 ohm<-1> cm"''.

Både med hensyn til elektrisk ledningsevne som til motstandsevne mot alkalialuminiumfluoridsmelten, er for eksempel folgende sammensetning funnet fordelaktig:

Den homogeniserte oksydblanding blir fortrinnsvis for-brent,

f.eks. mellom 700 og l.?00°C. Etter bearbeidelse og formgiving blir oksydlegemene sintret ved ca. 800 til 1600°C.

Ved enkelte formgivingsmetoder, f.eks. varmpressing, kan forbren-ningen utelates.

Fremstillingen av anoden kan skje i henhold til en fremgangsmåte

som er vanlig ved fremstilling av keramikk.

Anoden i ehnhold til oppfinnelsen må på den ene side stå i kon-

takt med den smeltede masse og på den annen side med en stromtil-forselsanordning. Utladning av ionene finner sted på grenseflaten mellom smelte og keramikk. Den utviklede anodegass unnviker gjennom smeiten. Ladningstransporten fra grenseflaten smelte/ keramikk til stromtilforselsanordningen skjer ved hjelp av elek-troner.

Forbindelsen mellom det keramiske stoff og anodestromtilforselen

kan utfores på forskjellige måter.

Det er tidligere kjent en innretning for fremstilling av metaller, særlig aluminium ved smelteelektrolyse av de tilsvarende oksyder, hvor den del av en elektronledende og overfor oksygen bestandig anode som dykker ned i smeiten som skal elektrolyseres er dekket med et skikt av et ved elektrolysetemperaturen oksygenionledende og overfor smeiten bestandig materialet, slik at elektrolyttens oksygenioner ved elektrofysen vandrer gjennom dette oksygenionledende skikt også under avgivelse av elektronene og dannelse av oksygengass utlades ved anoden, men det dreier seg der om en innretning hvor selve anoden ikke kommer i beroring med elektrolyten, men er sMLte fra denne ved hjelp av et lag av oksygenjonledende material.

En del utfdrelsesformer for anoder av elektronledende oksydker-amiske stoffer (av oksydiske halvledere) er vist i figurene 1-3

hvor de er anbragt i smelteelektrolyseceller for utvinning av aluminium. Fig. 1 viser en skjematisk utforelsesform for anoden i henhold til oppfinnelsen.

Fig. 2 viser en annen utforelsesform, og

fig. 3 viser en tredje utforelsesform.

Alle tre utforelsesformer er vist i loddrett snitt.

Utformingen av elektrolysecellen med unntagelse av de anodiske deler kan være den samme som for celler som anses å være vel kjent for fagmannen. I alle tre figurene er det rent skjematisk vist en aluminiumelektrolysecelle 1 av vanlig utforelse, men ikke i riktig målestokk, og hvor de deler er utelatt som ikke er nod-vendige for å forstå oppfinnelsen. Elektrolysecellen består av et utvendig varmeisolert kar 2 av kull omgitt av en stålkappe som ved hjelp av jernskinner 3 er tilkoblet den katodiske strom-tilfdrsel, samt av en eller flere anoder, h er alkalialuminium-fluorid-smelteelektrolytten med det loste aluminiumoksyd. Under påvirkning av likestrom utskilles flytende aluminium 5 på ovnsbun-nen. 6 betegner en slaggskorpe som består av storknet elektrolytt og ikke lost aluminiumoksyd. 7 er et aluminiumoksyddekke.

Den anodiske strom tilfores gjennom anoder av oksydiske halvledere neddykket i den flytende elektrolytt •+ og som ved hjelp av strbm-ledere 11 er tilkoblet strbmkilden.

I den utforelsesform som er vist i fig. 1 består anoden av en dig-el 8 med tilnærmet rettvinklet tverrsnitt og avrundede kanter og hjorner hvor det på bunnen er anordnet flytende solv 9- Den elektriske forbindelse mellom solvet og stromtilforslene 11 skjer ved hjelp av en eller flere staver 10 av titanborid.

I fig. 2 er anodene utformet som ror hvis lukkede og avrundede bunn er dykket ned i smeiten k-,

I det ror 12 som er vist til venstre befinner det seg smeltet solv 13 hvor en stav lh av titankarbid rager ned for å danne forbindelse mellom de oksydiske halvlederror og stromtilforselen 11.

I det indre av det mindre ror 12 er det innlagt en hulsylinder

15 av nikkellegeringsnetting. Tråder 16, likeledes av nikkel-legering, sorger for den elektriske tilslutning til stromtilf orselen

II .

Bunnen i det hoyre ror 12 er fylt med nikkelpulver 17 hvor staven 18 av zirkoniumdiborid er dykket ned, hvorved nikkelpulveret, og dermed også roret 3 forbindes elektrisk med stromtilforselen 11.

I fig. 3 betegner 19 et massivt, i vannrett tverrsnitt tilnærmet rettvinklet legeme, av f.eks. ZrB2? TiB2 eller TiC, hvor det på undersiden er anordnet et flamme- eller plasmapåsproytet lag 20

av oksydisk halvleder som er gjort kompakt ved termisk etter-behandling. Den elektriske forbindelse med stromtilforselen 11 tilveiebringes ved hjelp av en metallklokke 21.

Bortsett fra de åpenbare fordeler anoden i henhold til oppfinnelsen gir, kan det fremheves at den muliggjor en rasjonell drift av aluminium-flercelleovner som eksempelvis beskrevet i de sveitsiske patenter nr. 352.833, nr. 357.201 og nr. 357- 5^.

Claims (1)

1. Anode for elektrolyse av aluminiumoksyd i fluoridsmelte, karakterisert ved at den består av 80 - 99$ Sn02 som et elektronledende oksydkeramisk material, samt ytterligere metalloksyder.