NO134495B - - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en celle for bruk ved elektrolytisk fremstilling av metaller i smeltede halogenidsystemer, omfattende to eller flere i nær avstand plaserte, i det vesentlige parallelle, plane, ikke-forbrukbare elektroder som er skråstilt om en vinkel på mellom 7 og 15° i forhold til vertikalplanet, og med et mellomrom mellom elektrodene for det smeltede halogenidsystem og hvor katodeflaten er skråstilt om en positiv vinkel i forhold til vertikalplanet og anoden er skråstilt om en tilsvarende negativ vinkel til vertikalplanet.

De celler oppfinnelsen vedrører er spesielt beregnet til fremstilling av aluminium og magnesium, men kan også

anvendes i et hvilket som helst system hvor metallproduktet er tyngre enn elektrolytten og hvor metallet blir dannet som en væskefase, f.eks. bly, bismut, sink, cerium, gallium, fra den respektive smelte av halogenidoppløsninger (fortrinnsvis klori-der ) .

Det er kjent å benytte vertikale elektroder i celler for produksjonen av både aluminium og magnesium, f.eks. i US-patent nr. 2.512.157. Cellene i dette patent er imidlertid begrenset til å raffinere urene faste aluminiumanoder i kloridelektrolytter med avsetting av fast aluminium på aluminiumkatoder. Da det ikke er sørget for tilstrekkelig mulighet for frigjøring ' av gass fra mellomrommet mellom elektrodene, vil dette resultere i lave strømnyttevirkninger dersom denne cellen ble tilpasset for elektroutvinning av aluminium.

Tidligere ekstraksjonsprosesser for aluminium, slik som f.eks. de som er angitt i US-patentene nr. 2.959-533, 3.382.166 og 3.352.767 virker med variable elektrodeavstander og sørger heller ikke for tilstrekkelig separasjon av gassen. Disse

•patenter spesifiserer også bruken av den konvensjonelle kryolitt-A^O-j-elektrolytten, inkludert de selvbrennende karbonanoder som

er obligatorisk i et slikt system.

I tilfelle av magnesium anvender de konvensjonelle elektrolysecellene som benyttes for reduksjon av magnesiumklorid, vertikale anoder i forbindelse med elektrolytter med høy tetthet, dvs. elektrolytter som er tyngre enn den smeltede magnesium som er produsert, og det blir således nødvendig med komplekse katode-konstruksjoner for å samle den smeltede magnesium ved overflaten av smeiten. Selv om man nå kjenner kloridelektrolytter med lav tetthet som muliggjør at magnesium kan bli samlet på cellegulvet,

er de eksisterende cellekonstruksjoner til bruk med slike elektrolytter helt forskjellige fra de nye og effektive cellekonstruksjoner som foreslås ifølge foreliggende oppfinnelse.

US-patentene nr. 2.468.022 og 2.696.688 (Blue et al) beskriver en celle med bipolare elektroder for magnesium av betydelig kompleksitet som anvender vertikale elektroder. Hensiktene med Blue-konstruksjonen er å forenkle konstruksjonen

av elektrolysekamrene for å sørge for forbedret gassforsegling og for å øke kapasiteten av cellene véd å sørge for flere elektroder enn i det konvensjonelle apparat. Imidlertid blir disse hensikter oppnådd med betydelige omkostninger ved at den totale cellekonstruksjon kompliseres. Således består et separat tilføringskammer med to eller tre avdelinger, sammen med et fordelingssystem for saltsmelten, enten av et demningskammer som er montert over midten av cellen eller av en rekke fordelings-kanaler som er innebygget i veggene i cellen. I tillegg er det nødvendig med en pumpe for smeltet salt for sirkulering av elektrolytten.

Blue-cellen er avhengig av tvungen sirkulasjon av smeiten for å fjerne magnesium fra rommene mellom elektrodene i cellene som benytter smeltesystemer med høyere tetthet enn magnesium. I disse cellene flyter det smeltede metall opp til overflaten. Det hevdes at cellen fungerer ved 0,43 - 0,45 amp/ cm , som er typisk for almxnnelig praksis. Imidlertid sies det at strømnyttevirkningen er omkring 75 %, og det må legges merke til at det egentlig ikke er beskrevet noen driftsbetingelser.

Den lave strømnyttevirkning er ikke overraskende fordi man mener

at konstruksjonen er helt utilstrekkelig for å sikre separering

av klor fra magnesium. Betraktelige, mengder innesperret gass mellom elektrodene må forekomme, noe som ikke bare skyldes at elektrodene ikke har noen helling, men også fordi avstanden mellom elektrodene er små helt opp og forbi overflaten av smeiten.

Blue-cellen gir ikke en tilstrekkelig kompakthet og effektivitet fordi det benyttes lav strømtetthet og mer spesielt fordi det ikke er sørget for tilstrekkelig fjerning av klor, noe som fører til lav strømnyttevirkning. Videre er det sannsynlig at omkostningene ved tilleggskomponentene i stor utstrekning opphever den påståtte fordel som gjør det mulig å anvende flere elektroder med mindre avstand innenfor elektrolysekammeret enn i konvensjonelle anlegg.

US-patent nr. 3-396.094 (Sivilotti et al) illustrerer hvor langt det er nødvendig å gå for å forbedre strømnyttevirk-ningen i konvensjonelle celler ved å modifisere fremgangsmåten med å samle opp magnesium på smeltens overflate. US-patent nr. 3-418.223 (Love) viser den plass man taper inne i en celle som et resultat av å benytte en katode av to deler for å samle opp metall på overflaten av smeiten, og nevnte patent viser også konstruksjonsmessig kompleksitet av det typiske kammer for opp-samling av klor. I både Sivilotti-celler og Love-celler kan man vente at separering av klor fra smeiten kan bli ufullstendig fordi det mangler tilstrekkelig fri overflate for gasseparering. Det er videre kjent, f.eks. fra US-patent nr. I.545.383 å benytte celler med tett sammenpakkede skråstilte elektroder. Ved slike systemer har man imidlertid en stor skumdannelse og man har videre den ulempe at man ikke får en tilfredsstillende strømtetthet.

I US-patent nr. 3.067.124 er det vist en elektrolyse-celle hvor alle fire sider i rektangulære seksjonsceller benyttes som arbeidskatode. Man har også ved denne utforming det problem som forefinnes ved benyttelsen av skråstilte elektroder i celler, nemlig at det opptrer en utstrakt tilbakereaksjon for katode-produktet på grunn av kontakten med anodegass-skum.

Videre er det fra US-patent nr. 3-028.324 kjent en celle for elektrolyse av A120^ oppløst i smeltet kryolitt. Dette - er et meget korrosivt system og medfører en rekke problemer som man ikke har ved kloridelektrolyser, og cellen har i tillegg følgende ulemper. Por å oppnå motstand mot korrosjon av katoden må det brukes komplekse og dyre materialer såsom legeringer av

■ TiB2 og TiC.

Cellen drives med lavt strømutbytte som er typisk for kryolyttiske smelter. Videre har cellen alle de problemer som fremkommer med bruken av karbonanode som forbrukes, og særlig den ujevne brenning av anoden utgjør et hovedproblem for å

opprettholde en lik elektrodeavstand i cellegeometrien. Dess-■ uten vil cellen være utsatt for skumproblemer av den samme type som man har funnet er typisk for driften med skråstilte elektrodesystemer, og vil således ikke bare bli utsatt for reduksjon av katodeutbyttet ved tilbakereaksjon, men også oksydasjon av katodeflåtene på grunn av kontakt med CC^, som vil være hoved-komponenten for anodegasskummet i elektrolysen av A^O^.

Foreliggende oppfinnelse har til hensikt å unngå problemer av den art som fremkommer ved denne tidligere kjente celle, og de skumdannelsesproblemer man har ved celler med skråstilte elektroder.

Dette oppnås ved en celle av den innledningsvis

nevnte type som er kjennetegnet ved det som fremgår av kravene.

Et av hovedtrekkene ved foreliggende oppfinnelse er således den erkjennelse at halogenid-smeltesystemer, og spesielt klorid-smeltesystemer, spesielt beregnet på aluminium- og magnesiumproduksjon i celler hvor det anvendes nær hverandre anbragte parallelle elektrodesystemer, ble utsatt for utstrakt skumdannelse og tilbakeholdelse. Man har funnet at tilbake-reaks j onen mellom tilbakeholdt anodegasskum og katodemetall-utfellingen er hovedgrunnen til tap i strømeffektiviteten og at således dannelsen av skum er et hovedproblem som må overvinnes hvis et system med nær hverandre anbragte elektroder skal virke tilfredsstillende. Man har funnet at dette problem kan overvinnes ved en celle som er. utformet i samsvar med oppfinnelsen slik at det som en integrert del av cellekonstruksjonen er anordnet et nøyaktig dimensjonert kammer over elektrodene og i kontakt direkte med mellomrommet mellom elektrodene i systemet. Man har dessuten funnet at det er kritisk viktig at dimensjonene for gassfrigivningskammeret er nøyaktig tilpasset til de totale dimensjoner for elektrodesystemet og til elektrodemellomrommet for enhver gitt hellingsvinkel for elektrodene i forhold til

vertikalplanet.

Skumproblemet er ikke tidligere blitt betraktet i forbindelse med elektrolysecellekonstruksjonene og således vil det til tross for at det eksisterer mange patenter angående bruken av parallelle, skråstilte elektroder, ikke finnes noe konstruksjonstrekk av den type som oppfinnelsen vedrører som gjør det mulig å drive cellene riktig for å oppnå en høy katodestrøm^ effektivitet.

Et viktig punkt ved foreliggende oppfinnelse er at når det riktige skritt tas for å holde skumvirkningen tilbake, kan det oppnås meget høye strømeffektiviteter i smeltesystemer, hvilke strømeffektiviteter ville gi problemer i andre celle-konstruks j oner . Tidligere arbeider har vist at oppsamlingen av uoppløsbare stoffer på katodene, særlig når en horisontalkon-struksjon benyttes, kan bevirke problemer under dannelse av en uoverkommelig høy indre motstand og dessuten medføre en markert synkning i elektrostatisk avskjermingseffekt.

Selve utformingen ifølge oppfinnelsen gjør det mulig å drive systemet med en ren katode, selv hvis grensen for opp-løselighet for oksyd eller andre urenheter overskrides. Den tilnærmet vertikale utforming av katodene sikrer at katodeflaten vil være selvrensende for slike utfellinger på grunn av gravita-sjonsstrømningen nedover for metallet etterhvert som det utfel-les. Man overvinner således problemet med begrensninger med hensyn til elektrolyttrenhet, slik det kreves ved andre systemer.

Arealet av den smeltede overflate og dybden av den flytende elektrolytten i gasseparasjonskammeret er fortrinnsvis tilstrekkelig for å tillate separasjon av gass fra elektrolytten i gasseparasjonskammeret med i det vesentlige den samme hastighet som nevnte gass blir produsert i rommet mellom elektrodene.

Ved cellen ifølge oppfinnelsen utnyttes fordelen ved den kompakte oppbygging som fremkommer ved å benytte et system av i liten avstand fra hverandre anbragte plane elektroder som er skrådd i forholdsvis små vinkler ( 7 - 15°) i forhold til vertikalplanet, og som arbeider ved høye strømtettheter, f.eks. mer enn 1 A/cm 2 , fortrinnsvis ikke mindre enn 1,5 A/cm 2. Rommet eller avstanden mellom elektrodene er mindre enn 5<0>,0 mm og fortrinnsvis mellom 30,5 og 45,7 mm. I et hvilket som helst gitt tilfelle vil vinkelen som elektrodene blir skrådd i variere med de normale driftsparametrene, f.eks. kan det ventes at hellingsvinklene vil. bli større for høyere strømtettheter og for mindre avstand,meilom elektrodene. Oppfinnelsen gjør det således mulig å oppnå ubetydelige fordeler med hensyn til drifts-kostnader og kapitalkostnader.

I tilfelle av aluminium kan størrelsen av reduksjons-cellen reduseres slik at behovene for stål og ildfaste materialer blir av størrelsesorden en fjerdepart av behovene ved konvensjonelle celler med den samme produksjonskapasitet, og det nød-vendige gulvareal kan bli redusert til en femtedel. Typiske celledimensjoner for mulige elektrodekonfigurasjoner som er utledet av resultater som er oppnådd fra eksperimentene som det er henvist til i eksemplene som følger, er vist i tabell I:

På grunn' a<y> den forenklede konstruksjon og den sterkt reduserte størrelsen til celler som er konstruert i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse er det beregnet at kapital-kostnadene kan bli redusert til omkring en fjerdedel av kapital-kostnadene for konvensjonelle celler for et nivå på 150.000 amp., og totale kostnader for elektrolyseanlegg kan bli redusert til omkring en tredjedel av kostnaden for konvensjonelle anlegg.

Ved magnesiumproduksjon kan kostnaden for celler som benytter elektrolytter med lav tetthet på lignende måte bli redusert med en faktor 2-3 sammenlignet med cellekonstruksjoner som benyttes i konvensjonelle prosesser, eller med magnesiumceller av Hall-typen som benytter sammenlignbare elektrolytter med lav tetthet.

En vesentlig driftsfordel med den vertikale elektrode-geometri er generelt at begrensningene for cellestrømmen eller strømtettheten er fjernet, hvilken begrensning er eh ulempe ved konvensjonelle celler med flytende katode på grunn av de magne-tiske omrøringseffektene ved de store strømmene. Unngåelsen av denne begrensning ved eliminasjon av den flytende katode og ved den forbedrede cellegeometri betyr at celler med kapasitet for flere hundre tusen ampere nå ligger innenfor det praktiske område. I tillegg opprettholdes stabile verdier for avstandene mellom elektrodene uten at det er nødvendig å flytte elektrodene eller justere nivået på metallbassenget som er samlet opp i bunnen på cellen.

På grunn av stabiliteten med hensyn til avstanden mellom elektrodene og mangelen på forstyrrelse av magnetisk for-årsaket omrøring, kan reduksjonsceller for klorid med skrå katoder virke med betraktelig mindre avstand mellom elektrodene enn hva som er praktisk mulig med konvensjonelle celler. Da en vesentlig del av energien som forbrukes i konvensjonelle elektro-lytiske celler blir omdannet til varme (på grunn av motstands-effekter), forårsaker elektrodegeometrien at det blir mulig ikke bare å spare på elektrisk energi, men at det også blir mulig med en forenkling av problemet med å fjerne varme fra store celler.

Den viktige betingelse ifølge oppfinnelsen for vel-lykket drift av celler med skrå, nært sammenpakkede elektroder med høy strømtetthet, er at det forefinnes et egnet gasseparasjonskammer. Modeller av strømningsmønstre for gasser og væsker som produseres ved anodereaksjonen har vist at det er nødvendig å sørge for tilstrekkelig dybde i den flytende elektrolytten og et tilstrekkelig grenseflateareal mellom væske og gass over katoden for å tillate fullstendig separering av gass fra elektrolytten med i det vesentlige den samme hastighet som den blir produsert ved anodereaksjonen. Pumpeeffekten av gassen fra anodereaksjonen frembringer hvirvler i nærheten av grenseflaten mellom smelte og gass. Dersom utviklingen av gass fra smeiten ikke går fort nok, på grunn av utilstrekkelig fritt overflate-areal, så kan gass som ikke har sluppet vekk fortsette å sirku-lere i en hvirvel hvor den vil oppsamles og forårsake at det dannes et skumlag som øker i tykkelse inntil det strekker seg inn i området mellom elektrodene. Når gassutviklingshastigheten eller med andre ord, strømtettheten blir øket i en celle med gitt elektrodeavstand, kommer man i tillegg til et punkt hvor gassen blir blandet inn i smeiten som returnerer til området mellom elektrodene.

Avstanden mellom elektrodene har i tillegg en viktig effekt på grunn av at smeiten som returnerer til rommet mellom elektrodene etter at den er blitt gasspumpet til overflaten, kan virke sammen med den oppstigende strøm av gass og væske. Dette • bevirker at gass blir avledet fra den oppovergående strøm og blir dirigert nedover igjen og inn i rommet mellom elektrodene. For en gitt gassutviklingshastighet, dvs. strømtetthet, vil en økning av elektrodeavstanden eliminere denne effekt. For en gitt total gassutviklingshastighet eksisterer det således en optimal elektrodeavstand som representerer det beste kompromiss mellom det å unngå resirkulering av gass og økning av cellespenning på grunn av økningen i strømvei. For strømtettheter i nærheten av 1,5 amp/cm og med elektroder opp til 61 cm i arbeidslengde og med en helling på 10° med vertikalen, har man funnet at en elektrodeavstand på 38,1. mm er nær det optimale.

To kritiske parametre for gasseparasjonskammeret er bredden av overflaten på smeiten (dvs. overflaten mellom den flytende elektrolytten og gassen) i gasseparasjonskammeret, og dybden av væskeelektrolytten i gasseparasjonskammeret over katoden. Disse to parametere er vist på fig. 1 på tegningen som .henholdsvis S og D. På fig. 1 angir tallet 1 anoden, 2 angir katoden, 5 angir den flytende elektrolytt i gasseparasjonskammeret over katoden 2, 8a angir det rolige nivå til smeiten, S angir bredden av smeltens overflate, D angir dybden av elektrolytten i gasseparasjonskammeret over katoden, L angir katodens lengde og M angir avstanden mellom elektrodene.

Modellstudier viser at for elektroder som har en helling mellom 7 og 15° med vertikalplanet, kan minimumsverdier for S finnes ved å anvende den • empiriske utviklede formel:

hvor S er i cm, C er den numeriske verdi av strømtettheten i amp/cm , L er den numeriske verdi av katodens lengde i cm og M er den numeriske verdi av avstanden mellom elektrodene i cm.

Bredden på smeltens overflate og dybden av væskeelektrolytten i gasseparasjonskammeret er fortrinnsvis ikke mindre enn to ganger avstanden mellom elektrodene, og er fortrinnsvis ikke mindre enn 10 cm. Fortrinnsvis er S ikke større enn D.

Ved cellen ifølge foreliggende oppfinnelse er katodeoverflaten skrådd i en positiv vinkel, 7 - 15° i forhold til vertikalplanet og vender mot en parallell eller i det vesentlige parallell plan anode som er skrådd i en negativ vinkel, 7-15° i forhold til vertikalplanet. Arbeidsoverflaten til katoden er derved anordnet slik at den vender litt oppover og at den motsvarende overflate til anoden er anordnet slik at den vender litt nedover.

Avstanden mellom elektrodene er mindre enn 5 cm, og fortrinnsvis mellom 3,05 og 4,37 cm. Som forklart i detalj ovenfor, leder studiet av smeltens sirkulasjonsbane til den foretrukne spesifikasjon av en avstand mellom anode og katode på omkring 3,8l cm ved strømtettheter på 1,5 amp/cm - 2,0 amp/ cm<2.>

Andre parametere av viktighet i konstruksjonen av gasseparasjonskammeret er elektrolyttdybden over katoden og bredden eller arealet av overflaten av elektrolytten i gasseparasjonskammeret. Det ble funnet at et gasseparasjonskammer som strekker seg bakover 10,2 - 12,7 cm fra anodeskulderen, tvers over avstanden mellom elektrodene, og som strekker seg over top-pen av katodekonstruksjonen, var tilstrekkelig for 30,48 cm katoder. For andre verdier av celleparametrene er formelen A som det er referert til ovenfor, anvendbar innenfor det angitte

hellingsområde for elektrodene.

Nettopp den vesentlige og noe uventede fordelaktige virkning av elektrodeanordningen i foreliggende oppfinnelse er demonstrert ved å sammenligne fig. 2 og 3 på tegningene, som illustrerer driften av henholdsvis en mindre gunstig og en mer gunstig celleutforming.

På fig. 2 og 3 angir henvisningstallet 1 anoden som har de aktive anodeoverflater la, mens 2 angir katodene som har de aktive katodeoverflater 2a, og 8 angir elektrolytten, 8a den øvre overflate av elektrolytten og 10 avstanden mellom elektrodene .

A angir områder med sterk gassdannelse og B angir områder med mindre sterk gassdannelse. På fig. 3 er gasseparasjonskammeret 9 umiddelbart over katoden 2.

På fig. 2 og 3 var hellingen av de aktive elektrode-overflåtene i forhold til vertikallinjen omkring 10°, og avstanden mellom elektrodene var 3,8l cm. På fig. 2 var strømtettheten 1 amp/cm 2 og på fig. 3 var den 2 amp/cm 2. På fig. 2 var dybden for den rolige elektrolytten over den aktive katodeoverflaten innenfor rommet mellom elektrodene 5,08 cm, og på fig. 3 var dybden for den rolige elektrolytten over den aktive katodeoverflaten innenfor gasseparasjonskammeret 10,16 cm. Bredden til den øvre overflaten av elektrolytten var 3,81 cm på fig. 2 og 10,16 cm på fig. 3-

Man vil se at det å holde tilbake gass mellom elektrodene er meget vanskelig under de forhold som er vist på fig. 2, selv ved en moderat lav strømtetthet på 1 amp/cm . Drift under slike forhold resulterer i tilbakereaksjon på omkring 30 % av produktet, med andre ord en strømnyttevirkning på 70 % eller

• mindre.

Fig. 3 viser virkningen av elektrolyse ved bruken av en cellekonstruksjon med et gasseparasjonskammer i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse.. Drift med forbedret gass-frigjøring under betingelsene som er vist på fig. 3, økte strøm-nyttevirkningen til omkring 90 %.

En egenskap med den form av oppfinnelsen som er vist på fig. 3, sammenlignet med cellekonstruksjonen vist på fig. 2, er at bredden og dybden av gasseparasjonskammeret 9 umiddelbart over den aktive katodeoverflaten 2a er tilstrekkelig til å sikre

(a) at gassen som dannes i rommet 10 mellom elektrodene under elektrolyse blir sluppet ut eller frigjort i en vesentlig grad fra rommet 10-og inn i gasseparasjonskammeret 9, og (b) at nevnte gass blir frigjort i en vesentlig grad fra elektrolytten i gasseparasjonskammeret 9- Fortrinnsvis er bredden og/eller dybden til gasseparasjonskammeret 9 i det minste to ganger avstanden mellom elektrodene. Den ovenfor beskrevne celleanord-ning reduserer der tilbakereaksjonen vesentlig, som ellers ville .opptre mellom gassen og metallet i nærheten av katodeoverflaten 2a (som angitt på fig. 2) og vil således øke strømnyttevirkningen av cellen vesentlig. Fig. H viser et skjematisk vertikalsnitt av en celle-type med flere elektroder som er konstruert i overensstemmelse med oppfinnelsen. Cellenes dimensjoner er fortrinnsvis som angitt i tabell I. 1 angir grafittanodene med elektrolytisk aktive overflater la i en negativ vinkel på omkring 10° mot vertikallinjen, og utstyrt med utsparinger 4 slik at det dannes et gassfrigjøringskammer 5 som fortrinnsvis er utformet i overensstemmelse med formelen A og som gir en tilstrekkelig hastighet på gassutviklingen fra smelteoverflaten 8a. 2 angir katodene som for aluminiumproduksjon er av grafitt, og for magnesiumproduksjon kan være hule sammensatte stålkonstruksjoner eller glatte stål-plater, som har katodeoverflater 2a som har en positiv vinkel på omkring 10°"til vertikallinjen, og som i det vesentlige er parallelle med anodeoverflåtene la, og 3 representerer den ildfast kledde stålkappe. 8 angir elektrolytten og 6 de elektriske strømforbindelser for anodene. Forbindelser for katodene 2 er ikke vist. Disse kan, om ønskelig, føres direkte til kappen 3. Man vil forstå at i en hvilken som helst celleutforming kan anoden(e) justeres i en vertikal eller i det vesentlige vertikal retning for innstilling eller ny-innstilling av elektrodeavstanden. Fig. 5 viser et skjematisk vertikalsnitt av en mer kompakt elektrodeutforming, nemlig med bipolare elektroder. De

angitte tall på konstruksjonsdelene er ikké de samme som på fig.

4. 1 angir grafittanoden med skrå aktive overflater la, 2 angir de bipolare elektrodene med aktive overflater 2a. Disse elektrodene 2 kan være monolittiske grafittblokker som blir understøttet i endene av de isolerende vegger av cellen. 3 angir oppsamlingskatodene som kan være av stål i tilfelle av magnesiumceller men av grafitt i tilfelle av aluminiumceller, og 3a viser de aktive overflatene til katodene 3. 4 angir den ildfast kledde ytre stålkappe og 5 gassfrigjøringskammeret, dimensjonert i overensstemmelse med formelen A. De isolerende nedre støttene 6 for de bipolare elektroder 2 tjener som barrierer for å redusere lekkasj estrømmen.

Eksempel 1

Et forsøk ble utført i en celle som hadde en enkel skrå anode med den génerelle form som er vist på fig. 3- Det effektive elektrodeareal var omkring 1000 cm p. Elektrolyttsammensetningen var 21 % MgCl2 - 75 % KC1 - 4$ LiCl, og en total cellestrøm på 400 amp. ble benyttet ved en temperatur på 850°C.

Skråvinkelen for anode og katode var 9° i forhold til vertikallinjen og var innenfor det anbefalte område for effektiv drift. De andre parametrene ble valgt for å prøve noen av de mindre gunstige forhold for gassfrigjøring. Den mest ugunstige egenskapen var bruken av en smeltedybde på bare 358l cm over katoden, sammen med en strømtetthet på bare 0,36 amp/cm 2. Under disse forhold ble det ventet at det skulle opptre betydelig tilbakereaksjon på grunn av tilbakesirkulasjon av klor inn i rommet mellom elektrodene.

Ved et forsøk med 61 min. varighet ble det produsert 404 g Cl2 og 543 g MgCl2 ble brukt opp.

Strømnyttevirkningen var 75 %•

Eksempel 2 - magnesium

Et forsøk ble utført ved å benytte en celle med en enkelt anode med den generelle form som er vist på fig. 3 og som hadde et effektivt elektrodeareal på omkring 1000 cm 2.

Elektrolyttsammensetningen var 21 % MgCl2, 75 % KC1 og 4 % LiCl.

Skråvinkelen for anode og katode var 9° i forhold til vertikallinjen og var innenfor det anbefalte område for effektiv drift. Katodelengden L var 30,48 cm, S og D var hver 10,16 cm. Driftstemperaturen var 850°C, strømtettheten var 0,64 amp/cm<2> og en total cellestrøm på 700 amp. ble opprettholdt under de 60 min. som forsøket varte.

801 g Cl2 ble produsert og 1077 g MgCl2 ble brukt opp slik at strømnyttevirkningen var 88 %.

Eksempel 3 ~ magnesium

Et annet forsøk ble utført i den samme celle som i eksempel 2 hvor det ble benyttet en elektrolytt som inneholdt 22 % MgCl2, 28 % KC1 og 50 % LiCl. Driftsbetingelsene ble valgt for å vise en av de optimale kombinasjoner av oppnåelige para-

metere i en cellemodell.

p

Strømtettheten ble øket til 1,5 amp/cm og cellen

ble kjørt med en smeltedybde på 10,16 cm over katoden ved en temperatur på 850°C. L var 30,48 cm og S og D var hver 10,16 cm. Under forsøk som hadde en varighet på 45 min., ble det benyttet en konstant cellestrøm på 1650 amp.

1477 g Cl2 ble tilbake og 1981 g MgCl2 ble brukt

opp, slik at strømnyttevirkningen var 90 %.

Eksempel 4 - aluminium

Et forsøk ble utført i en celle med den generelle

form som er vist på fig. 3 hvor det ble benyttet en smeltesam-mensetning som i gjennomsnitt besto av 10 % AlCl^, 45 % NaCl, 45 % KC1. Dimensjonene for cellen var som angitt i eksempel 3. Temperaturen var 730°C. Under kjøringen på 1 time var celle-strømmen 1400 amp.

1857 g Cl2 ble tilbake og 2323 g AlCl^ ble brukt

opp. Den gjennomsnittlige strømnyttevirkning var 89 %.

Claims (3)

1. Celle for bruk ved elektrolytisk fremstilling av metaller i smeltede halogenidsystemer, omfattende to eller flere i nær avstand plaserte i det vesentlige parallelle, plane, ikke forbrukbare elektroder som er skråstilt om en vinkel på mellom 7

og 15° i forhold til vertikalplanet, og med et mellomrom mellom elektrodene for det smeltede halogenidsystem, og hvor katodeflaten er skråstilt om en positiv vinkel i forhold til vertikalplanet og anoden er skråstilt om en tilsvarende negativ vinkel til vertikalplanet, karakterisert ved at avstanden mellom elektrodene er mindre enn 5 cm og at et gasseparasjonskammer er plasert over og står i forbindelse med mellomrommet mellom elektrodene som gassen føres opp i, at flaten for smeltens overflate i det smeltede halogenidsystem i gasseparasjonskammeret og dybden for elektrolytten i gasseparasjonskammeret er tilstrekkelig til å tillate en separasjon av gass fra elektrolytten i dette kammer med i det vesentlige den samme hastighet som den frembringes i mellomrommet mellom elektrodene, hvorved bredden til smeltens overflate i gasseparasjonskammeret ikke er mindre enn hvor C er strømtettheten i amp/cm , L er katodens lengde i cm, M avstanden mellom elektrodene i cm, og at bredden til smeltens overflate og dybden til elektrolytten i gasseparasjonskammeret ikke er mindre enn to ganger elektrodeavstanden.

2. Elektrolytisk celle ifølge krav 1, karakterisert ved at den omfatter flere elektrodepar som er anordnet parallelt.

3. Elektrolytisk celle ifølge krav 1, karakterisert ved at bredden til smeltens overflate ikke er større enn dybden til elektrolytten i gasseparasjonskammeret.