NO129154B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte ved smelteelektrolytisk

fremstilling av aluminium.

For elektrolytisk fremstilling av aluminium fra aluminiumoksyd (A^O^) loses dette i en fluoridsmelte. Elektrolysen skjer i et temperaturområde fra ca. 9<L>fO°C til 975°C. Det katodisk utskilte aluminium samler seg på bunnen av elektrolysecellen under fluoridsmelten. I smeiten rager det ned anoder av amorft kull. Ved anodene oppstår det oksygen ved elektrolytisk spalting av aluminiumoksydet og oksygenet forbinder seg med karbonet i anodene til CO og COg.

Prinsippet for en åluminium-elektrolysecelle fremgår av den skjematiske og ikke målestokkriktige figur 1 som viser et lengdesnitt av cellen.. Fluoridsmelten 10 elektrolytten, befinner seg i et stålkar 12 med en kullforing 11 og forsynt med varmeisolasjon 13. Det katodisk utskilte aluminium 1>+ ligger på bunnen 15 av cellen. Overflaten 16 av' det flytende aluminium utgjor katoden. I kullforingen er det lagt inn katodebarrer 17 av jern som forer den elektriske strom ut fra. bunnen av cellen. I fluoridsmelten 10 rager det ned anoder 18 av amorft kull som leder den elektriske likestrbmtil elektrolytten. Anodene er gjennom stromledende stenger 19 og låseanordninger 20 fåst forbundet:med anodebjelken 21. Elektrolytten 10 er dekket med en skorpe 22 av storknet smelte

og den ligger et,lag 23 av aluminiumoksyd. Avstanden d mellom undersiden 2h av anodene og aluminiumoverflaten 1.6, også kalt interpolaravstanden, lar seg forandre ved hevning eller senkning av anodebjelken 21 ved hjelp av et hevverk 25 som er:'montert på sbyler 26. Som folge .av. angrep .fra det -oksygen som frigis .•

ved elektrolysen forbrukes anodene på undersiden daglig med ca. ' 1,5 til 2 cm alt etter celletypen. 1 - _ ,

Strømtettheten i anodene kan ikke velges vilkårlig.

Interpolaravstanden mellom anodene og katoden må "ikke

underskride h cm da det ellers vil komme til kortslutning mellom metallet og anodene som folge av elektromagnetiske kraft-virkninger. Dessuten blir stromutbyttet (forholdet mellom mengden av det fremstilte aluminium og den teoretiske mengde fremstilt i henhold, til Faraday's lov) ..f.or lavt ved slik liten interpolarav stand.

På den annen side blir det ved for stor interpolaravstand produsert unodig meget varme inne i aaLlekaret, og denne må fores

■bort som varmetap, hvorved det spesifikke elektriske energiforbruk (kWh/kg Al) blir _unt>dig hoyt.

Det må velges en slik stromtetthet som i elektrolytten og i cellebunnen, dvs. altså innenfor cellekaret, bare frembringer så meget varme som må fores bort etter fratrekk av nytteenergien, d.v.s. den som er nodvendig for spalting av aluminiumoksydet og oppvarmning av de tilforte råstoffer til en arbeidstemperatur på fra 9^0 til 975°C ved et hensiktsmessig dekke av aluminium-

oksyd 23 på den faste elektrolyttskorpe. Aluminiumoksyddekket 23 har flere oppgaver. Ved siden av den oppgave å forberede

aluminiumoksydet for innforing i smelteelektrolytten, må det på

den ene side beskytte anodene mot luftavbrand og på den annen side tilveiebringe -en god varmeisolasjon.

Minstetykkelsen av aluminiumoksyddekket 23 på den skorpeformede badoverflate 22 kan gå ned til ca. 7 cm. Dette er det driftsteknikse minimum.

Prinsipielt kan det arbeides med en hoyere strømtetthet enn

den optimale. Den for meget produserte varme må da fjernes fra cellen ved et kunstig forhøyet varmetap, for eksempel ved å

minske aluminiumoksyddekket 23 på den skorpeformede

badoverflate 23 til 8 til 7 cm, hvorved det spesifikke elektriske energiforbruk forhoyes betraktelig. Fordelen ligger i at cellen kan gjores mindre, hvorved kapitalomkostningene blir mindre.

Hvis det på den annen side velges en for lav anodisk strømtetthet, nedsettes ved,konstant interplaravstand spenningsfallet i elektrolytten, hvorved det spesifikke elektriske energiforbruk avtar slik at det må benyttes en storre æLle som blir tyngre og kostbarere. Med stigende vekt av cellen blir også fundamentkonstruksjonene i hallen kostbarere. Reparasjons-omkostningene vil også forhoyes med stigende cellevekt.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er derfor å soke nye

veier for valg av den riktige anodiske stromtetthet.

I Handbuch der technischen Elektrochemie, bind III (2net

opplag), åidene 179-181 er det angitt at det for enhver celletype henholdsvis badstorrelse, dvs. anodeflate, trengs en,

. driftstrbmstyrke som ligger innenfor forholdsvis snevre grenser, fer at elektrolysen skal. kunne foregå ved den 'riktige" driftstemperatur på 900-1000°C. Det sies intet om hvorledes denne driftstromstyrke blir valgt. De strømtettheter som er

angitt i tabellene er ganske vist tatt ut fra praksis, men svarer ikke til den optimale stromtettbat.

I boken Metallurgie des Aluminiums (1956), bind 1, sidene 161-166, samt i en tabell på side 1 51 , beskjeftiger forfatteren seg forst og fremst med avhengigheten mellom den stromtetthet som skal bestemmes og energiprisen. For hver energipris har han en eneste stromtetthet, idet energiprisen svinger i forholdet 1:5. Slike svingninger er indiskutable-for aluminiumprodusenter. Tabellen på side 151 viser den historiske utvikling av cellestrom-styrker og anodestromtettheter. Det må' bemerkes at det angitte spesifikke energiforbruk, jfr. tabell k8 på side 151, ikke i noen tilfelle var mindre enn 17 ?5 kWh/kgAl. Folgelig er det heller ikke her angitt noen vei for å oppnå den optimale , anode-stromtetthet.

I henhold til.foreliggende oppfinnelse velges det i en aluminiumelektrolysecelle med forbrente anoder etter fastleggelse av en bestemt stromstyrke på 50 kA eller derover en slik stromtetthet for ■ elektrolyseanlegget at det ved en elektrolytt-temperatur mellom 9hO°C og 975°C, en interpolaravstahd på fra 5 til 6 cm og et aluminiumoksyddekke på ca. 1U- til 16 cm tykkelse på den skorpedannede badoverflate frembringes akkurat så meget varme- 1 cellen som denne celle etter fratrekk av den varmemengde som trengs for spaltning av aluminiumoksydet og for oppvarmning av råstoffene, kan bortfore som tap.

Fig. 2 viser sammenhengen mellom anodisk stromtetthet j i A/cm<2>

• og cellestromstyrken l i kA forde' nevnte betingelser'. Di vil

ses at den anodiske stromtetthet vil avta méd stigende cellestrbmstyrke. I den samme figur 2 er inntegnet det spesifikke elektriske energiforbruk E i kWh/kg Al som svarer til den angjeldende stromtetthet og den tilhorende cellestromstyrke.

Av fig'. 2 kan det avleses- hvilken anodisk stromtetthet som i henhold til- oppfinnelsen skal velges ved den fastsatte cellestromstyrke.' Eksempelvis ligger 1 en celle som drives- med

o

100 kA, den valgte stromtetthet ved 0,67 A/cm

Ved å overholde betingelsene i henhold til oppfinnelse arbeider cellen i det optimale stromtetthetsområde. På den skorpeformede badoverflate ligger så meget aluminiumoksyd i ca. 1<*>+ til 16 cm tykkelse at elektrolytten ved neste skorpebrytning tilfores en tilstrekkelig mengde av dette forvarmede stoff. Da aluminiumdekkets overflate er praktisk talt flat, ligger det f.eks. på de enkelte anoder, som har halvparten av sin anvendelsestid bak seg, et aluminiumoksydlag på ca. 7-8 cm tykkelse som beskytter dem mot luftavbrand. De nyere anoder hvis ovre del rager opp over aluminiumoksyddekket, blir bare hoyst ca. 500°C varme og blir knapt utsatt for luftavbrand og behover ' derfor ikke noe aluminiumoksyddekke for beskyttelse mot luft-oksygent. ;Interpolaravstanden er ikke så lav at det ikke kan opptre forstyrrende magnetiske effekter, men den er heller ikke så hby at det i elektrolytten frembringes unodig varme som må bortfores fra cellen som kunstig forhøyet varmetap. På den annen side ligger elektrolytt-temperaturen i det optimale område 9*+0 til 975°C, slik at det kan oppnås et godt strdmutbytte ved celler som drives i henhold til oppfinnelsen og dermed også et lavt spesifikt elektrisk energiforbruk.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av aluminium ved elektrolyse av aluminiumoksyd i fluoridsmelte med forbrente anoder-, karakterisert ved at etter fastleggelse av en bestemt strømstyrke på 50 kA eller derover, velges det en slik stromtetthet for elektrolyseanlegget at det ved en elektrolytt-temperatur mellom 9^-0°C og 975°C, en interpolaravstand på fra 5 til 6 cm og et aluminiumoksyddekke med ca. 1 til 16 cm tykkelse på den skorpeformede badoverflate,frembringes nettopp så meget varme i cellen som denne, etter .fratrekk for den varmemengde som kreves for spaltning av aluminiumoksydet og for oppvarmning av råstoffet, kan bortfore som tap.