NO162868B - Fremgangsmaate og anordning for tilfoersel av aluminiumoksid til celler for smelteelektrolytisk fremstilling av aluminium samt anodemantel for selvbakende anoder i aluminiumelektrolyseceller. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og en anordning for tilførsel av aluminiumoksid til celler for smelteelektrolytisk fremstilling av aluminium hvilke celler er utstyrt med selvbrennende anoder, såkalte Søderberg-anoder. Oppfinnelsen vedrører videre en anodemantel for Søderberganoder for bruk i aluminiumelektrolyseceller.

Celler eller elektrolyseovner for fremstilling av aluminium etter Hall-Heroult består av en rektangulær, lav, flat kasse av stålplater, utmurt med ildfast stein og foret med karbonblokker i sidene og bunnen. Karbonblokkene danner et kar for aluminium og smelteelektrolytten. Karbonblokkene i bunnen av karet er forsynt med stålskinner for elektrisk tilkobling til strømskinnene for elektrolysestrømmen, idet disse karbonblokkene danner katoden.

Smelteelektrolytten som er lettere enn det flytende aluminium, består av smeltet kryolitt + diverse salter, f.eks aluminiumfluorid og kalsiumfluorid, samt oppløst aluminiumoksid. Aluminiumoksid forbrukes under elektro-lysens gang og må derfor tilføres ofte. Under drift er smeltebadet dekket av størknet smelte, en skorpe. Skorpen blir tilsatt eller dekket med aluminiumsoksyd og/eller andre tilsatsmaterialer. Den beskytter mot varmetap, men er hard og må derfor gjennombrytes med en skorpebryter for at oksidet kan komme ned i badet.

I elektrolyseceller med Søderberganoder er hver celle vanligvis utstyrt med en i det vesentlige rektangulær anode.

Søderberganoden utgjøres av en permanent anodemantel av støpejern eller stål som omgir den selvbakende karbon-anoden. Ubakt karbonholdig elektrodemasse fylles på toppen av anoden og den ubakte elektrodemasse bakes til en fast karbonanode p.g.a. den varme som utvikles ved strømtil-førselen til anoden og varme fra smeltebadet. Et vesentlig trekk ved Søderberganoden utgjøres således av at den bakte anode beveges relativt til den permanente anodemantel.

Søderberganoden dekker normalt 70 - 80% av elektrolyse-cellens overflate. Avstanden mellom anodens sidekant og siden i katodekassen er for moderne Søderbergceller meget liten. Tilførselen av aluminiumoksid til smelteelektrolytten må foretas i dette smale mellomrommet mellom anodens sidekant og katodekassen. Konvensjonelt gjøres dette ved at skorpen på elektrolytten mellom anoden og sidekanten av ovnen med mellomrom brytes ned med skorpebryter hvoretter aluminiumoksid chargeres. Denne metode for å tilføre aluminiumoksid har en rekke ulemper.

På grunn av den batchvise tilførsel av oksid vil innholdet av oksid i elektrolytten variere sterkt, og dette vil igjen innvirke på strømutbyttet og på KWh forbruket per tonn produsert aluminium.

I elektrolyseceller med såkalte prebaked anoder, benyttes det en rekke mindre, på forhånd bakte karbonanoder som er plassert med mellomrom. For denne type celler er det i løpet av de siste tiår utviklet såkalt punktmating av oksid. Ved punktmating tilføres aluminiumoksid på en til-nærmet kontinuerlig måte til et eller flere punkter som vanligvis er plassert i mellomrom mellom prebaked anodene. Med kontrollert punktmating oppnås det at cellen kan drives mer optimalt, idet oksidinnholdet i elektrolytten kan holdes på et optimalt nivå. Videre reduseres gass og støvutslipp vesentlig idet oksidmatingen ved punktmating kan foretas med fullstendig lukket ovn.

I motsetning til ovner med prebaked anoder hvor punktmatere kan plasseres mellom de enkelte anodekull, vil ved en konvensjonell Søderberganode den eneste mulighet for lokalisering av punktmatere være mellom anoden og ovnens sidekruste.

Denne plasseringen er imidlertid svært ugunstig og har vært en medvirkende årsak til at punktmating ikke er tatt i utstrakt bruk for elektrolyseceller med Søderberganoder.

Den vesentligste årsak til at den nevnte plassering av punktmatere for celler med Søderberganode er ugunstig, er at varmetapene fra cellen er størst i sidene. Da punktmaterne er plassert nær sidekantene vil det derfor være for liten varmekapasitet i badet rundt punktmaterne slik at det blir vanskelig å få til en kontinuerlig tilførsel av energi for oppløsning av oksiden. Det vil derfor lett danne seg slam under punktmaterne og dette vil kunne blokkere den videre tilførsel av oksid.

Det er et formål for den foreliggende oppfinnelse å frembringe en fremgangsmåte og en anordning som muliggjør punktmating av aluminiumoksid til aluminiumelektrolyseceller med Søderberganode hvorved de ovennevnte ulemper kan overvinnes. Det er videre et formål med foreliggende oppfinnelse å frembringe en forbedret anodemantel for Søderberganoder hvilken anodemantel muliggjør punktmating av aluminiumoksid og som videre innebærer at anodens overflate kan utvides uten at katodekarets overflate utvides.

Foreliggende oppfinnelse vedrører således en fremgangsmåte ved punktmating av aluminiumoksid til elektrolyseceller for aluminium utstyrt med Søderberganode, hvilken fremgangsmåte er karakterisert ved at aluminiumoksid tilføres ved hjelp av minst en punktmater anordnet i minst et innsving på anodemantelen.

I følge en foretrukket utførelsesform av fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse, tilføres aluminiumoksid ved hjelp av to punktmatere, hvor den ene punktmater er anordnet i et innsving på anodemantelens ene langside, mens den andre punktmater er anordnet omvendt symmetrisk i forhold til den første punktmater i et innsving på anodemantelens andre langside.

Foreliggende oppfinnelse vedrører videre en anordning for tilførsel av aluminiumoksid til elektrolyseceller for . fremstilling av aluminium, hvilke elektrolyseceller er utstyrt med Søderberganoder, hvilken anordning omfatter minst en punktmater for mating av aluminiumoksid anordnet i minst et innsving på anodemantelen.

Ytterligere trekk ved anordningen fremgår av de etter-følgende krav.

Endelig vedrører foreliggende oppfinnelse en anodemantel for Søderberganoder, hvilken anodemantel har et hovedsaklig rektangulært tverrsnitt med minst ett innsving.

Ytterligere trekk ved anodemantelen fremgår av de etterfølgende krav.

Ved den foreliggende oppfinnelse oppnås det en rekke for-deler. Således tilføres oksidet i et tilstrekkelig stort badvolum og i en tilstrekkelig stor avstand fra elektro-lysecellens sidekanter til at det tilførte oksid kan gå kontinuerlig og raskt i oppløsning i elektrolytten. Videre kan punktmaterne mate innenfor gasskappen som er anordnet rundt anoden idet avstanden mellom anode og gasskappe kan gjøres større i innsvingene enn ellers. Dette fører igjen til en vesentlig reduksjon av utslipp av gass og støv fra elektrolysecellene.

Det har videre overraskende vist seg at innsvingene på anodemantelen ikke medfører problemer for bevegelsen av den bakte anode relativt til anodemantelen. Ved anodemantelen i henhold til foreliggende oppfinnelse kan all betjening av elektrolysecellen foretas i innsvingene i anodemantelen. Således kan foruten oksidmating inspeksjon, tapping av metall, blusstaking, prøvetaking, tilsats av fluorid etc. foretas gjennom innsvingene. Dette innebærer at anodens overflate kan utvides uten at katodekarets overflate utvides, idet det ikke vil være nødvendig å betjene elektrolysecellen i mellomrommet mellom katodekarets sidekant og anoden. Man vil dermed kunne øke energitilførselen til cellen uten å øke strømtettheten på anoden.

En utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet under henvisning til tegningene hvor, Figur 1 viser en aluminiumelektrolysecelle med Søderberg-anode sett ovenfra, og Figur 2 viser et vertikalt snitt langs linjen I - I på figur 1.

På figur 1 er det vist en elektrolysecelle med rektangulær katodekasse 1 og med Søderberganode 2. Søderberganoden 2 er omgitt av en anodemantel 3. Til forskjell fra en konvensjonell rektangulær anodemantel er anodemantelen 3 i henhold til foreliggende oppfinnelse utstyrt med minst et innsving 4. Den på figur 1 viste anodemantel 3 er ialt utstyrt med seks innsving 4 symmetrisk fordelt langs anodemantelens 3 omkrets. Innsvingene 4 på anodemantelen 3 har fortrinnsvis et halvsirkelformet tverrsnitt. I hvert innsving 4 er det anordnet en punktmater 5 for aluminium-oksyd. Punktmateren 5 kan være av en hvilken som helst hensiktsmessig utforming og kan f.eks. utgjøres av kjente punktmatere som anvendes ved aluminiumelektrolyseceller med prebaked anoder. En foretrukket utførelse av punktmateren 5 er omtalt nedenfor i forbindelse med figur 2. På figur 1 er det videre vist en gasskappe 6 som er anordnet på utsiden av anodemantelen 3. Dette er en konvensjonell gasskappe som benyttes for oppsamling av gasser som oppstår under elektrolyseprosessen. Det skal bemerkes at det på figur 1 for oversiktens skyld er utelatt strømskinner og anodebolter.

På figur 2 er det vist en foretrukket utførelsesform av punktmateren 5 og plasseringen av denne. Punktmateren 5 består av et rør 7 anordnet i det vesentlige vertikalt i et av innsvingene 4 i anodemantelen 3. Røret 7 er festet til anodemantelen 3 ved hjelp av braketter 8. Til røret 7 er tilsluttet en rørstuss 9 for innmatning av aluminiumoksid. Rørstussen 9 er igjen tilsluttet et tilmatningsrør 10 for tilførsel av aluminiumoksid fra en ikke vist silo. Aluminiumoksid tilføres fortrinnsvis ved hjelp av pneumatisk transport. Inne i røret 7 er det anordnet en skorpebryter 11 som kan beveges vertikalt ved hjelp av en pneumatisk eller hydraulisk sylinder 12. På figur 2 er skorpebryteren 11 vist i sin øvre stilling og med stiplede linjer i sin nedre stilling. I øvre ende av røret 7 er det anordnet tetningsanordninger 13 mellom røret 7 og den pneumatiske sylinder 12. Ved bruk av punktmateren kjøres skorpebryteren 11 nedover ved hjelp av sylinderen 12 slik at den nedre ende av skorpebryteren 12 bryter gjennom krusten 14 på overflaten av elektrolyttbadet 15. Etter at skorpebryteren er kjørt opp igjen tilføres en liten mengde aluminiumoksid via rørene 10, 9 inn i røret 7 og tilføres derved elektrolytten 15. Dette gjentas i en takt som er tilstrekkelig til at den nødvendige aluminiumoksidmengde blir tilført elektrolyttbadet 15. Det fremstilte aluminium oppsamles i bunnen av katodekassen 1 og er vist med henvisningstal1 16 på figur 2.

Som det fremgår av figurene er punktmateren 5 anordnet innenfor anodens ytre rektangulære omkrets. Avstanden mellom katodekassens 1 sidekant 2 og punktmateren 5 er derfor vesentlig øket i forhold til den konvensjonelle praksis. Dette fører til at aluminiumoksid blir tilført elektrolytten på et sted hvor elektrolytten har tilstrekkelig varemeenergi til at oksidet blir hurtig oppløst. Videre foregår tilsetningen av oksid på innsiden av gasskappen 6 slik at støv og gass ikke kommer ut i atmosfæren utenfor ovnen.

Fremgangsmåten og anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse har videre den store fordel at punktmatingen lett lar seg innstallere på allerede eksisterende elektrolyseceller med Søderberganoder.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte ved punktmating av aluminiumoksid i elektrolyseceller for fremstilling av aluminium hvilke elektrolyseceller er utstyrt med Søderberganode (2) karakterisert ved at aluminiumoksid tilføres elektrolyttbadet (15) ved hjelp av minst en punktmater (5) anordnet i minst ett innsving (4) på anodemantelen (3).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at aluminiumoksid tilføres ved hjelp av to punktmatere (5) hvor den ene punktmater (5) er anordnet i et innsving (4) på anodemantelens (3) ene langside mens den andre punktmater (5) er anordnet omvendt symmetrisk i forhold til den første punktmater (5) i et innsving på anodemantelens (3) andre langside.

3. Anordning for tilførsel av aluminiumoksid til elektrolyseceller for fremstilling av aluminium, hvilke elektrolyseceller er utstyrt med Søderberganoder (2), karakterisert ved at minst en punktmater (5) for mating av aluminiumoksid er anordnet i minst ett innsving (4) på anodemantelen (3).

4. Anordning i henhold til krav 3, karakterisert ved at en første punktmater (5) er anordnet i et innsving (4) på anodemantelens (3) ene langside og at en andre punktmater (5) er anordnet omvendt symmetrisk i forhold til den første punktmater (5) i et innsving (4) på anodemantelens (3) andre langside.

5. Anordning i henhold til krav 3, karakterisert ved at punktmateren (5) utgjøres av et rør (7) anordnet i det vesentlige vertikalt i innsvinget (4) på anodemantelen (3) og er festet til anodemantelen (3) ved hjelp av braketter (8) hvilket rør (7) har tilknyttet en rørstuss (9) for innmatning av aluminiumoksid til røret (7) samt at en skorpebryter (11) som kan beveges vertikalt, er anordnet inne i røret (7).

6. Anodemantel for Søderberganoder for aluminiumelektrolyseceller, karakterisert ved at anodemantelen (3) som har et hovedsakelig rektangulært tverrsnitt, er utstyrt med minst ett innsving (4).

7. Anodemantel i henhold til krav 6, karakterisert ved at anodemantelen er utstyrt med et første innsving (4) på anodemantelens (3) ene langside og et andre innsving (4) på anodemantelens (3) andre langside hvilket andre innsving (4) er omvendt symmetrisk i forhold til det første innsving (4).

8. Anodemantel i henhold til krav 6 eller 7, karakterisert ved at innsvinget eller innsvingene (4) på anodemantelen (3) har et halvsirkelformet tverrsnitt.

9. Anodemantel i henhold til krav 6, karakterisert ved at anodemantelen er utstyrt med seks innsving (4).